Zasady doboru mostowych urządzeń dylatacyjnych, Budownictwo, Stare referaty
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Piotr WYRWAS
1
W artykule podano zasady doboru mostowych urzĢdzeı dylatacyjnych. Przedstawiono zasady obliczania
poszczeglnych skþadowych przemieszczeı elementw konstrukcji obiektw inŇynierskich z uwzglħdnieniem
wpþyww termicznych, skurczu i peþzania betonu oraz obciĢŇeı uŇytkowych. Omwiono stosowane w krajowym
mostownictwie podstawowe rodzaje urzĢdzeı dylatacyjnych. Podano graniczne wartoĻci przemieszczeı
warunkujĢce zastosowanie rŇnych rodzajw mostowych urzĢdzeı dylatacyjnych w Ļwietle przepisw krajowych
oraz literatury zagranicznej. Przestawiono typowe uszkodzenia mostowych urzĢdzeı dylatacyjnych. Wskazano na
wystħpujĢce ograniczenia stosowania niektrych rodzajw urzĢdzeı dylatacyjnych wraz z przykþadami
(dokumentacja fotograficzna z eksploatowanych obiektw).
Zabezpieczenie przerw dylatacyjnych zgodnie z obecnie obowiĢzujĢcymi warunkami technicznymi
jakim powinny odpowiadaę drogowe budowle inŇynierskie [1] powinno zapewniaę:
−
szczelnoĻę poþĢczenia,
−
rwnoĻę nawierzchni,
−
swobodħ odksztaþceı ustroju noĻnego obiektu,
−
zbliŇone warunki ruchu dla kþ pojazdw w obrħbie nawierzchni i dylatacji,
−
swobodħ poziomych przemieszczeı zdylatowanych krawħŇnikw i odpowiedniĢ osþonħ
szczelin w obrħbie chodnikw.
e
Mostowe urzĢdzenia dylatacyjne naleŇy traktowaę jako mechanizmy a nie konstrukcje budowlane,
gdyŇ w przeciwieıstwie do konstrukcji budowlanych przenoszĢ odksztaþcenia o wartoĻciach
porwnywalnych z ich wymiarami [2]. W zwiĢzku z tym, podstawowym zadaniem projektanta obiektu
mostowego jest dokþadne okreĻlenie wartoĻci wystħpujĢcych przemieszczeı i na tej podstawie
dokonanie doboru wþaĻciwego urzĢdzenia dylatacyjnego.
Wspþczesna literatura krajowa dotyczĢca podstaw projektowania obiektw mostowych [3]
ogranicza siħ do wskazania tylko jednego Ņrdþa odksztaþceı konstrukcji, jakim jest zmiana temperatury
elementw konstrukcji. JednakŇe w celu wþaĻciwego okreĻlenia wzajemnych przemieszczeı elementw
konstrukcyjnych naleŇy, oprcz oddziaþywaı zwiĢzanych z temperaturĢ, uwzglħdnię dodatkowo:
skurcz, peþzanie, odksztaþcenia sprħŇyste od sprħŇenia, odksztaþcenia od obciĢŇeı staþych, zmiennych,
wiatru, wywoþanych odksztaþceniami wynikajĢcymi ze szkd grniczych, odksztaþcenia wysokich
podpr od siþ hamowania [4] i ewentualne odksztaþcenia wynikajĢce z oddziaþywaı sejsmicznych.
OczywiĻcie przy okreĻlaniu przemieszczeı dla konkretnej konstrukcji naleŇy rozwaŇyę indywidualnie
jakiego rodzaju odksztaþcenia naleŇy wziĢę pod uwagħ.
1
Mgr inŇ., Katowickie Przedsiħbiorstwo InŇynierskie áSystemÑ Sp. z.o.o.
281
Warto zwrcię uwagħ, Ňe w niektrych krajach [4] graniczne zmiany temperatury przyjmowane do
wymiarowania przemieszczeı dla konstrukcji dylatacji sĢ zwiħkszane o ° 10
o
C.
eeeeee
Wzr oglny do wyznaczenia przemieszczeı w pþaszczyŅnie obiektu mgþby przyjĢę nastħpujĢcĢ
postaę:
Ҭ
caþkowite
=
temp
+
skurcz
+
peþz
+
q i K
+ È
(1)
a najwaŇniejsze czħĻci skþadowe:
Wpþyw temperatury:
temp
=
*
t * L + Ő
temp
* h
max
(2)
- wsp. rozszerzalnoĻci liniowej Î dla stali
= 0,000012; dla betonu
= 0,000010 [
o
C
-1
],
t - zakres zmiennoĻci temperatury [
o
C],
L - dþugoĻę odcinka pracujĢcego przħsþa [mm],
Ő
temp
- kĢt obrotu przekroju podporowego wywoþanego rŇnicĢ temperatur [rad],
h
max
- odlegþoĻę w pionie od podparcia do grnej powierzchni jezdni [mm].
Wpþyw skurczu:
skurcz
=
so
* µ * L * k
t
(3)
so
- wartoĻę jednostkowa odksztaþcenia skurczu wg [5],
µ
- wspþczynnik zmniejszajĢcy zaleŇny od rodzaju konstrukcji - wg [6]:
0,0 dla dŅwigarw stalowych,
0,5 dla belek prefabrykowanych sprħŇonych,
0,8 dla dŅwigarw skrzynkowych i belek typu áTÑ,
1,0 dla pþyt.
L - dþugoĻę odcinka pracujĢcego przħsþa [mm],
k
t
- wspþczynnik uwzglħdniajĢcy przedziaþ czasowy.
Wpþyw peþzania:
peþz
=[(Ő
g
+ Ő
spr
)* h
max
+ L *
po
] * Ő
p
* k
t
(4)
gdzie:
Ő
g
- kĢt obrotu przekroju podporowego od ciħŇaru wþasnego [rad],
Ő
spr
- kĢt obrotu przekroju podporowego od sprħŇenia [rad],
h
max
- odlegþoĻę w pionie od podparcia do grnej powierzchni jezdni [mm].
L - dþugoĻę odcinka pracujĢcego przħsþa [mm],
Wpþyw obciĢŇeı ruchomych:
q i K
= Ő
q+K
* h
max
(5)
gdzie wg [6]:
Ő
q+K
- kĢt obrotu przekroju podporowego ktry obliczono dla normowego obciĢŇenia,
h
max
- odlegþoĻę w pionie od podparcia do grnej powierzchni jezdni.
Dla dylatacji zlokalizowanych w skosie w stosunku do kierunku odksztaþcenia elementw
konstrukcji naleŇy wyznaczyę skþadowe przemieszczeı rwnolegþych i prostopadþych do osi dylatacji.
eeeee
Wzajemne przemieszczenia pionowe elementw konstrukcyjnych sĢ konsekwencjĢ wystħpowania
obrotw tych elementw w miejscach ich podparcia. Mechanizm powstawania wzajemnych
przemieszczeı w wyniku obrotu na podporze zobrazowano na rysunku poniŇej [4].
282
gdzie:
gdzie:
po
- odksztaþcenie sprħŇyste od sprħŇenia,
Ő
p
- wartoĻę wspþczynnika peþzania dla betonu wg [5],
k
t
- wspþczynnik uwzglħdniajĢcy przedziaþ czasowy.
Rys. 1. Przemieszczenia dylatacji wynikajĢce z obrotu na podporze
e
Obiekt jednoprzħsþowy, belkowy sprħŇony, o rozpiħtoĻci teoretycznej L
t
= 21,0 m, przy dþugoĻci
w osiach dylatacji L
d
= 22,6 m i wysokoĻci konstrukcyjnej h
k
= 1,30 m.
WartoĻci przemieszczeı dylatacji tylko od liniowych zmian temperatury - 5,5 mm / + 4,4 mm.
WartoĻci przemieszczeı dylatacji przy uwzglħdnieniu skurczu, peþzania, nierwnomiernego
rozkþadu temperatury oraz obciĢŇeı zmiennych:
−
w pþaszczyŅnie jezdni - 11,9 mm / +5,0 mm.
w pþaszczyŅnie pionowej - 2,2 mm / +1,1 mm.
Uwzglħdnienie ww. wpþyww przy okreĻlaniu wartoĻci przemieszczeı powoduje ich wzrost
o 115% dla skrceı konstrukcji oraz 14% wzrost dla wydþuŇeı. Graficzna interpretacja wynikw na
rysunku poniŇej
-5,5
4,4
tylko temperatura
-6,4
0,6
temperatura, skurcz,
peþzanie i obciĢŇenia
ruchome
-16,5
-11
-5,5
0
5,5
11
Rys. 2. Zakres zmiennoĻci przemieszczeı dylatacji dla przykþadu
ee
RozporzĢdzenie mostowe w sprawie warunkw technicznych jakim powinny odpowiadaę drogowe
obiekty inŇynierskie [1] szereguje konstrukcje urzĢdzeı dylatacyjnych w 3 grupach:
−
zabezpieczone szczeliny dylatacyjne przesuwy do 5,0mm,
−
dylatacje bitumiczne przesuwy do 25 mm,
wþaĻciwe urzĢdzenia dylatacyjne przesuwy powyŇej 25 mm.
Do doĻę czħsto stosowanych wþaĻciwych urzĢdzeı dylatacyjnych moŇna zaliczyę:
−
blokowe urzĢdzenia dylatacyjne, neoprenowe z wkþadkami stalowymi,
−
moduþowe urzĢdzenia dylatacyjne z wkþadkami neoprenowymi,
−
urzĢdzenia dylatacyjne z blachĢ ĻlizgowĢ,
−
palczaste urzĢdzenia dylatacyjne,
specjalne urzĢdzenia dylatacyjne (np. odporne na dziaþania sejsmiczne).
Dwa pierwsze uwaŇane sĢ za urzĢdzenia zapewniajĢce szczelnoĻę, zaĻ dwa nastħpne wymagajĢ
dodatkowych elementw konstrukcyjnych zwiĢzanych z prawidþowym odwodnieniem oraz
zapewnieniem odpowiednich warunkw konserwacji. W literaturze zagranicznej [7] wymienia siħ
rwnieŇ dylatacje zatopione (buried) pod ciĢgþĢ nawierzchniĢ, szczeliny dylatacyjne (nosing joint)
z uszczelnieniem wylewanym oraz z naprħŇonymi wkþadkami uszczelniajĢcymi.
283
−
−
−
e
PoniŇej omwiono konstrukcjħ oraz przedstawiono typowe przekroje poprzeczne poszczeglnych
rodzajw mostowych urzĢdzeı dylatacyjnych.
UciĢglenie nawierzchni polega na uzbrojeniu siatkĢ z tworzywa sztucznego odcinka nawierzchni
z betonu asfaltowego poþoŇonego w strefie dylatacji. Uzbrojony odcinek nawierzchni odcinany jest od
podþoŇa elastycznĢ przekþadkĢ oraz kotwiony w odcinkach trwale zwiĢzanych z podþoŇem. Dziħki temu
moŇe on poprzez swoje sprħŇysto - plastyczne odksztaþcenia kompensowaę wzajemne przemieszczenia
elementw konstrukcji. Wg autora rozwiĢzania [2] moŇna je stosowaę do przemieszczeı nie
przekraczajĢcych 30 mm. RozwiĢzanie to co do istoty pracy jest podobne do dylatacji zatopionych.
Rys. 3. UciĢglenie nawierzchni
Rys. 4. Dylatacja zatopiona
Dylatacje bitumiczne sĢ powszechnie stosowanym w Polsce rodzajem zabezpieczenia dylatacji.
Odksztaþcenia pomiħdzy dylatowanymi elementami konstrukcyjnymi przenosi masa elastyczna bħdĢca
mieszaninĢ odksztaþcalnego w szerokim zakresie temperatur bitumu i wypeþniacza z kruszywa.
Rys. 5. Dylatacja bitumiczna
284
UrzĢdzenia dylatacyjne ze szczelnĢ, wstħpnie zaciĻniħtĢ wkþadkĢ neoprenowĢ. Wstħpnie ĻciĻniħta
wkþadka jest doklejana do krawħdzi dylatowanych elementw. Zakres pracy urzĢdzenia nie moŇe
powodowaę rozciĢgania wkþadki neoprenowej. Stosowane wkþadki posiadajĢ przekroje wielokomorowe
zapewniajĢce szczelnoĻę nawet przy jej lokalnych uszkodzeniach. Jako wzmocnienie krawħdzi
stosowane sĢ elementy stalowe lub specjalne masy cementowe modyfikowane polimerami. UrzĢdzenie
dylatacyjne sprawnie przenosi przemieszczenia poziome, pionowe oraz obroty wzajemne dylatowanych
elementw. Stanowi ekonomiczne rozwiĢzanie stosowane od okoþo 30 lat.
Rys. 6. UrzĢdzenie dylatacyjne z naprħŇonĢ wkþadkĢ neoprenowĢ
Blokowe urzĢdzenia dylatacyjne skþadajĢ siħ z elastomerowego bloku zbrojonego stalowymi
pþytami. Bloki elastomeru mocuje siħ do zdylatowanych elementw. Blok elastomerowy zapewnia
wymaganĢ odksztaþcalnoĻę dylatacji, zaĻ pþyty stalowe odpowiedniĢ sztywnoĻę.
Rys. 7. Blokowe urzĢdzenie dylatacyjne
Moduþowe urzĢdzenie dylatacyjne moŇe skþadaę siħ z jednego lub wielu elementw.
W urzĢdzeniach tych pojedyncze wkþadki neoprenowe mocowane sĢ do stalowych prowadnic.
Zastosowanie majĢ profile neoprenowe w ksztaþcie litery V lub profile wielokomorowe.
Rys. 8. Moduþowe urzĢdzenie dylatacyjne
285
[ Pobierz całość w formacie PDF ]