Tartószerkezet-rekonstrukciós Szakmérnöki Képzés

Átírás

1 2. A Brutt Saver szerkezeterősítő rendszer ismertetése 2.1. Előzmények A rendszer alapja J.Ollis angol professzor EP és számon bejegyzett szabadalma. Az 1970-es években Angliában közel 40 ezer kő-, illetve téglaszerkezetű boltozott vasúti híd volt, ezek egy részénél statikai megerősítés vált szükségessé. Kiemelt feladat volt olyan technológia kidolgozása, mely a forgalom minél zavartalanabb lebonyolítása mellett tartós és biztos megerősítést biztosított, a boltozatot képessé tette a megnövekedett forgalom keltette mozgások elviselésére is. A korrózióálló acélspirálok a technológiai útmutató szerinti beépítése gyors és költségkímélő megoldást adott a boltozatok erőjátékának helyreállítására, statikai tartalékainak növelésére A rendszer fő eleme: a korrózióálló acélspirál Alapanyaga 304-es, vagy igény szerint 316-os ausztenites rozsdamentes körkeresztmetszetű acélhuzal. A gyártási folyamat első lépése a kör-keresztmetszetű huzal hengerlése, majd a második lépés a hengerelt profil csavarása. A hidegalakítással történő gyártás során a mag rugalmas marad, a szárnyak pedig kikeményednek, élessé válnak. A huzal kezdeti húzószilárdsága a hidegalakítás során jelentősen növekszik. A rugalmas tengely és a csavarszerűen rögzítő szárnyak az építőanyag acélspirál (+ ragasztó) együttesnek különlegesen jó kapcsolatot biztosítanak. Az első minősítő vizsgálatok célja a gyártott új elem - korábbi nevén Helibar, a második nevén Bruttbar, mostani nevén Brutt Saver szilárdsági paramétereinek hiteles meghatározása volt. Ilyen vizsgálatokat az angliai Bath Egyetemen, valamint a németországi MPA (Staatliche Materialprüfungsanstalt Darmstadt) intézetben és a Darmstadti Műszaki Egyetemen (Institut für Massivbau) végeztek. 1

2 1998. óta a gyártás Magyarországon történik (miután licence-t a Brutt cég német tulajdonosa megvásárolta és a gyártást már meglévő magyarországi üzemébe telepítette). A gyártás során rendszeresen végeznek szakítópróbát mind az alapanyagon, mind a készterméken hitelesített mérőműszeren. A gyár EN ISO 9002:1994 minősítéssel rendelkezik ábra: szakítógép a gyárban A különböző minősítő intézetekben elvégzett mérési eredményeket 2000-ben összehasonlítottam. Miután eltéréseket tapasztaltam, javasoltam, hogy végezzünk ellenőrző mérést néhány azonos gyártási sorozatból származó elemen a gyár mérőműszerén. Megállapítottuk, hogy ugyanolyan átmérőjű, menetemelkedésű, alapanyagú, gyártási sorozatú elem szakításához szükséges erőt az elem befogásának módja, valamint a befogási hossz befolyásolja. A nagyobb szakítóerőt olyan körülmények között mérték, ahol a befogás ólomkiöntésű kúpban, lehetőleg minél nagyobb befogási hossznál történt (Bath Egyetem 1998). Sima befogásnál - közvetlen kapcsolat a műszer befogó pofái és a spirál között -, valamint rövidebb befogási hossz esetén ugyanazon tulajdonságú mintadarabon kisebb szakítóerőt mértünk a gyárban. Jellemző eltérést tapasztaltunk még a tönkremenetel, szakadás helyében is. Sima befogásnál leggyakrabban a befogás szélénél jelentkezett törés, míg az ólomkiöntésű, kúpos megfogásnál a szabadon lévő szakasz közel felénél. Az épületszerkezetbe beépített spirált mivel az teljes hosszban rögzítve, beragasztva kerül beépítésre - jobban modellezi a nagyobb szakítóerőt eredményező ólom kiöntésű kúpos megfogás. Ugyanakkor ez bonyolult, költséges mérést jelent. A tökéletlenebb mérési technika ez esetben a biztonság javát 2

3 szolgálja, tehát a gyári hiteles mérési adatok (azonosan száraz befogásnál és kis befogási hossznál történnek) nagy tartalékkal bírnak. Közvetlen bizonyíték még a fentiekre az Építőipari Minőségellenőrző Innovációs Rtben (továbbiakban rövidítve: ÉMI) - részletes ismertetés ld fejezetben ben elvégzett meszes homokkőbe 300 mm lehorgonyzási hosszal beépített spirálok kihúzóerő vizsgálata. Itt a tönkremenetel nem a kőzet kiszakadásával, hanem a 8 mm-es névleges átmérőjű spirál szakadásával történt. A mért szakítóerő 9,65-12,11 kn volt, magasabb a gyári szakítóerő mérés átlagos 9,251 kn eredményénél, a maximum 12,02 kn is jelentősen magasabb a 44 elemen a gyárban végzett vizsgálatok maximum értékénél, azaz 10,65 kn-nál. A különbség részben a befogás módjában és a befogási hosszban volt. Az ÉMI-ben a spirál egyik vége 200 mm mélyen a kőbe ragasztva volt, másik vége pedig száraz befogással két 18 cm hosszú laposacél közé befogva és a műszerhez csatlakoztatva. A gyárban a spirál mindkét végét szárazon fogatják be. A gyári mérési adatokat a mérések időbeli sorrendjében feltüntetve excel táblázatban kaptam meg a gyártótól. A táblázat vegyesen tartalmazta a különböző átmérőjű alapanyagok, gyártott termékek (spirálok) és különböző minőségű alapanyagok (304 CU, illetve 316 L) és az ebből készült termékek, valamint egyes - a szokásostól eltérő menetemelkedésű - kísérleti mintadarabokon végzett mérések eredményeit. Első feladatom volt tehát hogy az azonos alaptulajdonságú adatokat csoportosítsam és ezekből külön adathalmazokat hozzak létre szintén excel táblázat formájában. A kísérleti mintákra vonatkozó adatokat kihagytam, csakúgy, mint a 316 L acél és spirál mérési eredményeit, mivel ezek felhasználása nem jellemző hazánkban. Így a háromféle névleges átmérőjű késztermék és annak alapanyaga szerint hat, az alábbi táblázatba foglalt csoportot kaptam. Egy-egy csoporton belül az átlagot, a szórást és a varianciát /(szórás/átlag) *100/ % számítottam. Jellemző Adatok száma db Szakítóerő átlaga N 6-os 6-os 8-as 8-as 10-es 10-es alapanyaga spirál alapanyaga spirál alapanyaga spirál Szórás Variancia % táblázat 6,37 5,9 8,15 4,74 1,18 2,16 A táblázat adataiból látjuk, hogy a késztermék húzószilárdsága nagyobb az alapanyagénál. A nagy elemszámú vizsgálatok esetében ø6-os és ø 8-as spiráloknál az is beigazolódott, hogy a variancia, azaz az átlaghoz viszonyított szórás százalékos értéke is kedvezően alakul. A ø10-es spirálnál is a szakítóerő átlagérték nőtt, ugyanakkor a szórás és a variancia értéke - igaz nem egészen 1%- kal - kedvezőtlenebbül alakult. 3

4 Megítélésem szerint nagyobb elemszámú vizsgálat esetén ez az anomália eltűnne. E megítélést azon tapasztalatom is alátámasztja, miszerint a gyártási folyamat hengerlés és csavarás során az alapanyag olyan nagy igénybevételnek van kitéve, hogy esetleges anyaghiba miatt már a gyártás során szakadás következik be, így a gyenge elem selejtre kerül, azaz nem készül belőle végtermék. A Brutt Saver spirál minősítő vizsgálatát 2001-ben a németországi MPA (Staatliche Materialprüfungsanstalt Darmstadt) intézet is elvégezte. A keresztmetszetet, megnyúlást, rugalmassági modulust is meghatározták, mindhárom szerkezeterősítésre használt 6-, 8-, és 10 mm átmérőjű spirál esetében. Részletes adatokat az 1.sz. mellékletben közölt ÉMI Építőipari Műszaki Engedély és a 2.sz.mellékletben közölt MPA Darmstadt által kiadott M számú vizsgálati jelentés tartalmaz. Az összegző adatok és eredmények az alábbiak: ø Keresztmetszet Húzószilárdság / húzóerő Folyási határ Megnyúlás Rugalmassági modulus mm 2 N/mm 2 KN N/mm 2 %(A 100 MM ) G Pa , ,1 156, , ,7 148, , ,2 146, táblázat A vizsgálati eredményekből a határerők meghatározása országonként még különböző, adott ország érvényben lévő szabványa szerinti biztonsági tényezővel számított, csökkentett érték. Az egységes szabvány használata esetén a határerők azonosak lesznek. 4

5 2.3. Brutt Saver Powder HS ragasztó A rozsdamentes acélspirál kőbe, betonba, egyéb építőanyagba való beragasztására szolgál, hogy azok együttdolgozása biztosított legyen. A ragasztóval szembeni követelmények: - nem zsugorodó, - tixotróp, - injektálható (fej fölött se csöpögjön le!), - jól tapadjon bármely építőanyaghoz és a fém spirálhoz egyaránt, - kezdeti szilárdsága is már jelentős legyen ben az angol import ragasztót használtuk ban kikísérleteztünk és bevizsgáltattunk egy nagyobb szilárdságú ragasztót (HS= High Strength megkülönböztető jelzéssel ellátva). Mindkét típus cementbázisú, kétkomponensű, felhasználásra kész egységcsomagban kerül forgalomba. A fenti feltételek ellenőrzéséhez az alábbi vizsgálatokat végeztettük el (MSZ EN 196-1, MSZ szerint) a 4 cm x 4 cm x16 cm méretű hasáb alakú mintatesteken: - nyomószilárdság: 1, 3, 7, 14, 21, 28 napos - hajlítószilárdság: 1, 3, 7, 14, 21, 28 napos - tapadószilárdság: 1, 3, 28 napos - zsugorodás A próbatesteken a vizsgálaton kívül elszenvedett mechanikai sérülések kivételével más sérülés, repedés nem volt észlelhető. A vizsgált anyag hajlítóés nyomószilárdsági adatai nagyon kedvezőek. A zsugorodást az alkalmazási keresztmetszetnél vastagabb keresztmetszetben vizsgálták, de az értékek így is megfelelőek. A tapadószilárdsági értékek is nagyon jók. (Az évben végzett ÉMI minősítésre készített mintáknál mindkét ragasztót használtuk, a saját fejlesztésűt piros színezék adagolásával különböztettük meg a másiktól. A különböző kőzetekbe a piros ragasztóval rögzített spirálok kihúzásához szükséges erő értékek bizonyultak jobbnak. Ennek eredményeit részletesen a 2.5. fejezetben ismertetem.) Jellemző 1 nap 3.nap 7.nap 14.nap 21.nap 28.nap Hajlítószilárdság kp/cm2 45,53 56,16 64,53 70,26 78,76 83,13 Nyomószilárdság MPa 28,29 41,17 56,64 60,77 64,02 71,43 Tapadószilárdság N/mm2 0,54 1,101 1,9608 5

6 2.3.1.táblázat 6

7 2013. évi kontroll vizsgálat jegyzőkönyve: 7

8 2.4. Kő és spirál kapcsolata ragasztó nélkül (száraz rögzítési mód) Gyorsan, egyszerűen kivitelezhető munkafolyamat. Az éles szárnyak a kő- és a rozsdamentes acélspirálok erős kapcsolatát biztosítják. Ellenőrző méréseket az ÉMI-ben 1999-ben és a darmstadti Műszaki Egyetemen végeztek 2004-ben kőzetanyagon és más építőanyagokon egyaránt. Most csak a kőzetanyagon végzett vizsgálatokat ismertetem ÉMI vizsgálatok Előzmények: A magyarországi Építőipari Műszaki Engedély vizsgálati tervének javaslatát angol kollégámmal együtt készítettem. A korrózióálló acélspirál minősítése (szakítópróba) külföldi intézetben már megtörtént, feleslegesnek ítéltem azonos vizsgálatok hazai elvégzését újra. Érdekesebb kérdés volt, hogyan dolgozik együtt az építőanyag spirál, az építőanyag ragasztó - spirál kapcsolat. Függőfolyosó tardosi mészkő lemezének próba-megerősítése akkor már sikeresen megtörtént (ilyen jellegű nemzetközi előzmény még nem volt). Ez a tapasztalat, valamint az a tény, hogy látszó kőszerkezetek nagyon kis felületi beavatkozással helyreállíthatók, fontossá tették természetes kő építőanyagokon is ellenőrző vizsgálatok elvégzését. Vizsgálatok és vizsgálati eredmények A vizsgálati mintatestek elkészítéséhez kétféle kőzetanyagot választottunk. 1. tardosi mészkő. 2. meszes homokkő. A minták bontásból származó kőzetanyagok voltak, a mészkő kissé mállott (fm1), a mészhomokkő erősen mállott (fm3) (MI szerint) felülettel. A ragasztó nélküli száraz rögzítés vizsgálatára az alábbi mintatesteket készítettük el: Rögzítési hosszanként 3-3-db 8 mm-es átmérőjű spirálelemet rögzítettünk mindkét kőzetfajtába. Először 7 mm-es átmérőjű, a rögzítési hossznak megfelelő vezetőfuratot készítettünk, majd a beütő szerszámot fúrógéphez csatlakoztattuk és így rögzítettük a spirált (lehorgonyzási hossz határa a 8

9 spirálon jelölve) vezetőfuraton keresztül a kőzetbe. A minták jelét letörölhetetlen tollal jelöltük a kőzeten. A lehorgonyzási hosszak: 50 mm, 75 mm, 100 mm. A fentiek szerint 3x3x2, azaz 18 db próbatest készült el. Az ÉMI Mechanikai Laboratóriumában végezték a kihúzó vizsgálatokat. A spirálok (a jegyzőkönyvben a korábbi Dry Flex névvel jelölve) szabad végének befogása és húzása két összecsavarozott laposvas elemmel történt. A tönkremenetel a spirál furatból való kihúzódásával ment végbe. A mérési eredmények az alábbiak kn-ban: 4,5 3,5 2,5 2 1,5 1 0, tardosi mészkő tardosi mészkő tardosi mészkő szárazon rögzített spirálok max. kihúzó erői meszes homokkő 50 meszes homokkő 75 meszes homokkő 100 YTONG 50 YTONG 75 Adatsor1 2,54 3,44 4,3 0,6 0,35 1,97 0,53 1,03 1,13 Fenti eredményeket áttekintve megállapíthatjuk, hogy 1. A kihúzóerő nagysága függ a kőzet szilárdságától, azaz nagyobb szilárdságú kőzetből való kihúzáshoz nagyobb erő szükséges. YTONG ábra 2. A kihúzóerő függ a lehorgonyzási hossztól, azaz nagyobb lehorgonyzási hosszhoz nagyobb erő tartozik. 3. A kihúzóerő értékek szórása igen nagy, a rögzítési pontok számának, a rögzítés mélységének tervezésénél erre figyelemmel kell lenni. 9

10 Megjegyzés: 3kN, illetve 5kN mérési határú saját tesztműszerrel helyszínen adott építőanyagra vonatkozó kihúzóerőt tudjuk tesztelni, így méretezéshez pontosabb alapadatokat tudunk adni Technische Universitat (Darmstadt) intézetében mészhomokkőbe szárazon rögzített spirálon végzett mérések Mintatestek adatai: Kőzetanyag: mészhomokkő, (további adatai nem közöltek) Spirál: 8 mm- átmérőjű, 210 mm hosszú Rögzítési hossz: 85 mm Vezetőfurat átmérője: 5,3 mm (6 mm-es vezetőfuratnál könnyebb a beütés, de gyengébb a kapcsolat ezért inkább 5,3 mm-es vezetőfuratot alkalmaztak) A kihúzóerő átlaga: 4,7 kn Szórás: 0,47 A tönkremenetel módja: kihúzódás 10

11 Következtetések: ábra 1. A vezetőfurat mérete befolyásolja a kapcsolat erősségét. Célszerűen a furathosszúságtól függő azon legkisebb átmérő választandó, amelybe a spirál beütése még kivitelezhető. 11

12 Ajánlott vezetőfurat átmérő a spirál mérete és a furat mélysége szerint: Spirál átmérő furat hosszúsága mm vezetőfurat átmérője mm mm , táblázat A kivitelezés folyamata Példa: Kőburkolat betonhoz való rögzítése (utólagos is) 10 mm átmérőjű Brutt Saver spirállal 8 mm átmérőjű vezetőfurat a kőburkolaton keresztül a beton hátfalba max. 74 mm-re. A 10 mm-es spirál beütése a vezetőfuraton keresztül a fúrókalapácsba fogott beütőfejjel mélyebbre, mint a felszín. A kőburkolat felületének javítása a spirál helyén. A kivitelezés hasonló módon történik tégla hátfalazat esetében is, ott a falban lévő furat hosszúsága a falvastagságtól függő. Ferde furat is alkalmazható ha nagyobb lehorgonyzás szükséges. 12

13 Referenciák: Aranykéz u. homlokzati kőburkolat utólagos megerősítése, rögzítése ábra Miami (USA Florida) toronyház travertin homlokzati kőburkolat utólagos rögzítése (Kanadában és az USA-ban évi több db spirál hasonló célú felhasználása történik) ábra 13

14 GEO 96 Kft, Dörömbözi Piroska Tel: Kő-ragasztó- spirál kapcsolat BM Ta E rtó S sze zilá rke rdsá zet gta -re n kon i és stru Tar kci tósz erk ós Sza eze km ti T ér n an öki szé Ké k pzé s Spirál kőbe, furatba ragasztva - ÉMI vizsgálatok és eredmények Az ÉMI-ben elvégzett minősítő vizsgálatok azt igazolták, hogy a furatba ragasztott spirál megbízhatóbb kapcsolatot ad a száraz rögzítésnél. Ugyan a későbbi németországi vizsgálatok szerint a kapcsolat erőssége és megbízhatósága a vezetőfurat méretének optimálisabb megválasztásával növelhető, eddigi gyakorlatunkban a ragasztós rögzítés volt a jellemző. Természetesen megfelelő biztonságú méretezéssel a száraz rögzítésnek is vannak olyan előnyei, ami miatt adott feladatnál az lehet az optimálisabb: pl. kisebb felületi javítási igény, gyorsabb munkafolyamat. Mintatestek: a pontban leírtak szerinti kőzetek. Furat átmérő: 14 mm Furat mélység: 100, 200, 300 mm Spirál átmérő: 8 mm (korábbi Cemflex névvel jelölve) Ragasztó: Piros = min. 60 MPa nyomószilárdságú (5-5 minta) szürke = 38 MPa nyomószilárdságú (9-9 minta) ábra 14

15 Tardosi vörös mészkőbe ragasztóval rögzített spirálok max. kihúzó erői Furatmélység mm kihúzóerő kn Ragasztó Tönkremenetel 100 6,05 szürke furatból kihúzódott 100 7,2 szürke furatból kihúzódott 100 8,86 szürke furatból kihúzódott ,08 piros spirál elszakadt 100 9,45 piros spirál elszakadt ,36 szürke spirál elszakadt ,81 szürke spirál elszakadt ,74 szürke furatból kihúzódott ,02 piros furatból kihúzódott 200 9,75 piros furatból kihúzódott 300 9,53 szürke spirál elszakadt ,1 szürke spirál elszakadt 300 9,83 szürke spirál elszakadt 300 9,97 piros spirál elszakadt táblázat Meszes kötésű homokkőbe ragasztóval rögzített spirálok max. kihúzó erői Következtetések: Furatmélység mm kihúzóerő kn Ragasztó Tönkremenetel 100 3,27 szürke furatból kihúzódott 100 3,18 szürke furatból kihúzódott 100 4,88 szürke furatból kihúzódott 100 5,45 szürke furatból kihúzódott 200 9,72 szürke spirál elszakadt 200 6,50 szürke spirál megnyúlt 200 6,15 szürke spirál megnyúlt 200 9,80 piros kő kiszakadt 200 8,19 piros kő kiszakadt 300 9,75 szürke spirál elszakadt 300 8,57 szürke spirál elszakadt 300 9,76 szürke spirál elszakadt ,11 piros spirál elszakadt 300 9,65 piros spirál elszakadt táblázat 1. A kihúzóerő a kőzettől, a lehorgonyzástól és a ragasztó minőségétől egyaránt függ. 2. A tönkremenetel adott paraméterek mellett természetesen mindig az éppen leggyengébb elemnél következik be. Például 100 mm furatmélységnél a szürke ragasztónál, 200 mm-es furatmélységnél és az erős ragasztónál a gyengébb mészhomokkő szakadt ki, 300 mm-es lehorgonyzásnál a spirál szakadása következett be. 3. A spirál szakadását általában nyúlása majd kitekeredése (a spirál fokozatosan egyenes szalaggá alakult) előzte meg. 4. A tardosi mészkőnél a legjobb eredményeket a 200 mm-es lehorgonyzásnál mérték, e fölött nem emelkedett, hanem csökkent a kihúzóerő. A meszes homokkőnél ugyanakkor a lehorgonyzási hossz növelésével a szakítóerő is nőtt. 5. A mérési eredmények szórása adott paraméterek mellett kisebb, megbízhatóbb a kapcsolat, mint száraz rögzítésnél. 15

16 2.5.2 Spirál kőbe, horonyba ragasztva Kőbe, horonyba, a rendszer ragasztójával beragasztott spirált külön még nem vizsgáltak. Történt viszont mérés spirállal vasalt tégla áthidalón. Ennek analógiájára kőfalak erősítése is megvalósítható. Bemutatására az alábbi ábrát mellékelem ábra A felső és alsó fugában 2 szál ø6-os spirállal vasalt e soros tégla áthidaló önsúlya: 0,16 kn/m A felvett maximális teher: 21,21 kn 16