Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének problematikája a vasúti hídak gyakorlatában

Átírás

1 A A legszebb dolog amit kutathatunk: a rejtély. Ez a művészet m és s az igazi tudomány forrása sa. Einstein Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének problematikája a vasúti hídak gyakorlatában Premature loading of concrete and reinforced concrete in the railways constructions Dr.MIHALIK András Regionális Tudományos Kutató Csoport Építmények viselkedése és diagnosztikája (KAB) Nagyváradi Egyetem

2 1. A probléma felvetése A terhelések állandó, hosszabb idejű hatása alatt, a határfeszültségnél kisebb, nominalizált feszültségek jelentik a veszélyt, amelyek máskülönben a megszokott, rövid idejű próbálkozásoknál teljesen veszélytelenek; Ezeknek a kisebb feszültségeknek a használata, amelyek a statikai szilárdság határfeszültsége alatt helyeszkednek el, periódikus terheléseknél nem csak hogy nem veszélyesek, hanem valósággal az anyag tréningezői, előidézve a beton konszolidációját az elkövetkező viselkedésénél;

3 Ez a technológiai megfigyelés, elemzés, jelenti a beton és vasbetonszerkezetek korai terhelésének tudományos megalapozását; A beton plasztikus deformációja mint deformációs konszolidáció;

4 A korai terhelés, mint általános, tudományos érték, az ismeretek új határmenti régióját eredményezték, létrehozván a fizikai-kémiai mechanikát, a szilárd testek molekuláris fizikai határán, a fizika és kolloid kémia, valamint a mechanika között; A beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésével egy új fejezet kezdődött el a beton modern technológiájában.

5 2. A beton struktúrájának meghatároz rozó szerepe a beton és s vasbeton szerkezetek korai terhelésénél A beton mint struktúra szilárd, folyékony és gáz halmazállapotu rendszerből épül fel; A plasztikus deformáció állapotában a beton struktúráját különböző változásoknak lehet alávetni terhelés alatt és különösen a korai terhelések esetében; Az anyagok, inert anyagok, polidiszperz kővázat alkotnak, amelyek plasztikusan nem deformálódnak, sőt visszafogják a cementkő szabad deformációját;

6 Ugyancsak nem deformálódnak plasztikusan azok a cementszemcsék amelyek nem vettek részt zónálisan a hidratációs folyamatban; A beton lehetséges, plasztikus deformációját kondicionálja, a szilárduló cementkő, amely szintén egy bonyolult háromfázisu rendszer, időbeli változást szenvedve a cement szilárdulásakor; A víz, amely teliti a betont s amely különböző állapotokban van jelen, ténylegesen, de különösen fontos szerepet játszik a struktúra alakulásában, valamint a plasztikus deformáció folyamatában;

7 A cementkő szilárdulásának modern elmélete, amelyek a fizikai-kémiai folyamatokat tükrözik, a vízzel történő reakcióban, kimutatta, hogy az alapterméke a cement hidratációjának a C2S-nek, kristályos struktúrája van, amelynek a méretei rendkívül kicsinyek; A kölcsönhatás körülményének a változásai a plasztikus deformációnál, az adalékanyagok valamint a cementszemcsék felületén a kötődés megváltozásának a hatására, a cementkő érintkezési pontjainál, az adalékanyagok felületén változhatnak, a korai időszakban s amelyek meghatározó jelleggel bírnak;

8 A cementkőben és betonban, különösen a korai fázisban, létezik egy számottevő mennyiségű, különböző nemű, mikro és makro porozitás, amelyek ki vannak töltve vízzel és levegővel. Ezekben a víz mechanikusan van megkötve, visszafogva. Ez a tény arról tanuskodik, hogy van eshetőség a beton mechanikus tömöritésére, a strukturális változtatásokra a kölső erők hatása alatt. Példa erre a beton tömöritése préseléssel és ismétlődő vibrálással, a cement hidratációs folyamatában. Hasonló konszolidáció érhető el a beton fiatal korában nyomással, a plasztikus deformáció alkalmával, korai terheléssel, valamint húzásra és lehajlásra;

9 A beton korai terhelésének a hatása annál nagyobb lessz, minél több cementkövet tartalmaz a beton, vagy ha minél fiatalabb a beton, azaz ha kevésbé szilárd. Tehát a beton konszolidációja terhelés hatására kondicionálva van a beton plasztikus deformációjával amely strukturális változásokhoz vezet a beton volumenjében, valamint tömörségében. A különböző terheléseknél (nyomás, húzás, lehajlás) a plasztikus deformáció alkalmával lehetséges a mechanikai modifikáció jelensége, azaz a diszperzitása a cementkő strukturális elemeinek és orientált-irányzott elhelyeszkedése a korai terhelés következtében.

10 Természetesen meg kell jegyezni, hogy az aktív beavatkozás a struktúra formálásába, a laboratóriumi kísérletek elvégzésével, a gyakorlati kivitelezések valamint a kísérleti részlegek pozitív eredményeivel, a beton korai terhelésének premier felvetésével, még nem jelentik azt, hogy minden probléma megoldódott, ami a beton struktúrájának az alakulását, sajátosságait, karakterét érintik. A problémakör még nincs egyáltalán lezárva, amit ennek az új technológiának (ami nem kerül pénzbe) a szorványosan elterjedt praxisa, frekvenciája is bizonyít.

11 3. Laboratóriumi riumi kísérletekk A kutatások és a laboratóriumi kísérletek a következő problémákra korlátozódtak: 3.1 A cementkő és a beton struktúrája 3.2 A beton és más anyagok plasztikus deformációja 3.3 A cementkő tapadása az adalék, inert anyagok felületéhez 3.4 A korai terhelésnek a befolyása a beton szilárdságára 3.5 A beton korai terhelése nyomásra és húzásra 3.6 A beton korai terhelése lehajlásra és excentrikus nyomásra A fent említett kutatások, kísérletek közül a következőkre koncentráltunk

12 4. A beton korai terhelése nyomásra és húzásra 1. ábra A próbakockák 10x10x10 cm nyomása, a hidraulikus prés rugós szerkezetével

13 2. ábra. A beton konszolidációja nyomásnál, különböző koru betonoknál

14 3. ábra. A statikai terhelésnek az optimális intenzitása a beton szilárdság függvényben 4. ábra. Kükönböző koru betonok konszolidációja a terhelés optimális intenzitásával

15 4.1 A beton korai terhelése húzásnál 5. Ábra. A beton deformációjának a görbéi huzamos húzásnál. A terhelés 24 óra után, a terhelés intenzitása 50%, a beton szilárdságából, a terhelés pillanatában, azaz 0,50%, σ/r=0,50 n- a kuszás deformáció; y- a zsugorodási deformáció; c- deformáció összege v/c= 0,40; cement 450 kg/m³

16 5. A beton korai terhelése lehajlásra és excentrikus nyomásra 6. ábra. Egy 60 cm hosszu vasbeton gerenda specifikus törése 7. ábra. Egy kísérleti vasbeton gerenda 1=120 cm vasalása

17 8. Ábra. A vasbeton gerendák vasalása és terhelési ábrája A 7, 8 és 9 ábra mutatja az eltört gerendácska keresztmetszetét törés után, a 8 és 9 ábra ezeknek a vasbeton gerendáknak a geometriai metszet vasalását és a terhelési modalitását a P erőkkel.

18 9. ábra A teherbíró képesség növekedése a vasbeton gerendáknál lehajlás esetében, a beton korai terhelésének a hatására 10. ábra A vasbeton gerendák teherbíró képességének változása a beton korai terhelésének hatása alatt (nyomás a lehajlásnál)

19 11. ábra A vasbeton gerendák dinamikus- vibrációs terhelése

20 5.1 A beton korai terhelése excentikus nyomásra σ- feszültség N- az erő nagysága e- az erő excentricitása F- a keresztmetszet területe W- szilárdsági modulus 12. Ábra. Oldalnézet és felülnézet az 1,70 m-es négyzetes keresztmetszetü kísérleti gerendának 13. Ábra 1,70 m hosszúságu kísérleti gerenda Próbaterhelésének ábrája T- tenzométerek

21 14. Ábra A kísérleti gerenda T- keresztmetszettel ( első tipus) 15. Ábra Kísérleti gerenda T- keresztmetszettel (második tipus)

22 6. Gyorsított terhelése a hídak hídfő és pillér szerkezeteinek 16. Ábra. A kísérleti 42,51 m-es hídszerkezet 17. ábra A híd statikai és dinamikai próbaterhelése

23 18. Ábra Kísérleti masszív hídpillér

24 19. Ábra Kísérleti oszolopos könnyűszerkezetü hídpillér

25 20. Ábra Kísérleti masszív hídpillér

26 21. Ábra. Függőleges deformálása a beton felső rétegének, a völgy felőli gerendáknál a- a híd felső része b- a hídfő középső része c- a hídfő alsó része

27 22. Ábra Egy 6 nyílásu gerendahíd és a hídfőre támaszkodása a gerendának

28 23. ábra A műszerek elhelyezése a balparti hídfőnél 24. ábra A műszerek elhelyezése a jobbparti hídfőnél

29 25. ábra A balparti hídfő felső betonrétegének a deformációja (a tenzométerek szerint lásd a 23. és 24 ábrákat)

30 26. ábra Az előnézete és hosszanti metszete a Gambri folyó hídjának 27. Ábra 28. ábra A keresztmetszete egy Előnézet és hosszanti metszete egy monolitikus hídnak szárazmedrü völgyhídnak

31 7. A hidak nyílászáró elemeinek a korai terhelése 29. Ábra Egy 4 nyílásu híd ábrája 30. Ábra A híd keresztmetszete a kavicsággyal (előregyártott vasbeton elemek) 31. Ábra A mérőműszerek elhelyezése a felépitmény (gerendák) hosszában a- lehajlás mérők és indikátorok b- tenzométerek elhelyezése és számozása

32 32. Ábra A gerenda szerelése, látható a különös befogással a nyilás közepén 33. ábra A kisérleti híd statikus korai terhelésének próbája

33 34. ábra a) a beton szilárdságának a növekedése b) a napi középhőmérséklet ingadozása, mérése 1,2,3- három külömböző helyen történő korai terhelése a betonnak

34 8. Korai terhelése az utófeszitett hidak vasalásánál 35. ábra A kisérleti gerenda konstrukciója feszitett szerkezetű 22,12 m hosszú közúti hídnál 36. ábra A lehajlások változásai a kisérleti gerendáknál, l =22,12 m a gerenda töréséig 1 gerenda lépcsőzetes feszitése a vasalás kötegeinek a beton korai terhelésénél 2-ik gerenda a kötegek húzása csak egy alkalommal

35 9. Leonhardt-Bauer rendszerű utófeszitett vasbeton-monolit építmény 37. Ábra Egy egynyílású kétgerendás híd utófeszitése

36 38. Ábra A feszítő betonblokkok lépcsőzetes elhelyezése egy ferde irányú hídon 39. Ábra Lépcsőzetes feszítőblokkok egy vasúti hídnál

37 40. Ábra A befogó és húzó blokkok 42. Ábra Legyezőszerüen kialakított vasalás a befogásnál 41. Ábra A vasalás beskatujázása vaslemezekkel (16 sor, 16 kötél vas, Ø9 mm)

38 43. Ábra A vasalás egyidejű húzása minden gerendának 44. Ábra 1951-ben kivitelezett híd a Nkker folyón (43 m hosszú, h= 1,8 m) Az általános feszítő erő 3400 tonna (arhitektúrája hasonló a Kuttyfalv-i hídhoz )

39 10. Előfeszitett vasbeton szerkezetekkel végrehajtott kísérletek k a Nagyvárad rad-i vasbeton műveknm veknél 45. Ábra A csúszás diagramja egy 12,0 m tetőelem esetében Nagyváradi vasbetonművek

40 46. Ábra A csúszásmérő műszer elhelyezése az erőátadás pillanatában 47. Ábra A mérőmószer rögzítése a feszített huzalon

41 A megengedett csúszás A beton szilárdsága a feszítő erő átadásakor A csúszások nagysága a betonszilárdság függvényében (technológiai mérések )

42 A gyilkos utófeszitett vasbeton gerenda 48. Ábra Korai terhelés három fázisban egy 18 méteres utófeszitett gerendánál

43 Köszönöm, megtisztelő figyelmüket!!!