Spis treści

Eurokody w projektowaniu obiektów mostowych cz. IIDotąd projektanci konstrukcji mostowych mieli do czynienia z jednym stanem granicznym nośności, tj. nośnością przekroju, teraz eurokod nakazuje sprawdzać cztery stany graniczne nośności. Pierwszy stan graniczny związany z nośnością odnosi się do równowagi całej konstrukcji i jest nazywany EQU (Equlibrum). Drugi stan graniczny nośności jest związany z wytrzymałością i nazywa się STR (Strains). Ten właśnie stan dotąd był sprawdzany według starych norm. Obecnie doszedł jeszcze trzeci stan, nazywany GEO (Geotechnical). Polega on na tym, że sprawdza się geotechnicznie otoczenie mostu.

- Stanu GEO nie należy mylić ze sprawdzaniem fundamentów, ponieważ te traktowane są jako integralna część konstrukcji mostowej i wszystkie stany graniczne dotyczą ustroju niosącego, podpór i fundamentów. Natomiast stan GEO jest sprawdzaniem czy nie następuje zniszczenie bądź nadmierne odkształcenie podłoża w otoczeniu mostu – zastrzega dr Marek Łagoda.

Wreszcie czwarty stan graniczny nośności to FAT (Fatique) sprawdzający zmęczenie w każdym rodzaju konstrukcji, tj. betonowej, stalowej i zespolonej. - Stateczność mostu czasami sprawdzana była w projekcie warsztatowym, w projekcie montażu konstrukcji. W tej chwili projektant ma obowiązek sprawdzać przy założeniu jakiejś metody montażowej. Tu założeniem jest stateczność samego mostu lub jego elementu. To sprawdza się z uwzględnieniem teorii drugiego rzędu, ponieważ dotyczy dużych odkształceń i przemieszczeń. Musimy tu uwzględniać działania efektów dynamicznych, w tym działanie wiatru, czego też dotychczas się nie robiło – tłumaczy M. Łagoda.

Sprawdzanie zniszczenia STR

Ed ≤  Rd

gdzie:
Ed – wartość obliczeniowa efektu oddziaływań, takiego jak siła wewnętrzna, moment lub wektor reprezentujący kilka sił wewnętrznych lub momentów;
Rd -  wartość obliczeniowa odpowiedniej nośności.

W każdej krytycznej sytuacji obliczeniowej należy wyznaczać wartości obliczeniowe efektów oddziaływań Ed stosując kombinację oddziaływań, które mogą wystąpić jednocześnie.

Stany graniczne użytkowalności SLS (Serviceability Limit State)

Należy sprawdzić czy:
Ed ≤  Cd
gdzie:

Cd – graniczna wartość obliczeniowa, odpowiedniego kryterium użytkowalności,
Ed – wartość obliczeniowa efektów oddziaływań w jednostkach kryterium użytkowalności, wyznaczona dla odpowiedniej kombinacji oddziaływań.

Stanów granicznych użytkowalności SLS jest wiele. One opierają się na sprawdzeniu różnego rodzaju odkształceń albo przemieszczeń, które mogą niekorzystnie wpływać na konstrukcję i powodować nawet wystąpienie jakiegoś innego stanu granicznego, w tym i nośności. - Dotyczą one elementów oczywiście konstrukcyjnych, ale również odnoszą się do elementów wyposażenia. To są też różnego typu drgania, czyli efekty dynamiczne, które musimy sprawdzać w tych sytuacjach dynamicznych po to, aby określić czy zapewniona jest funkcjonalność obiektu. Równanie równowagi jest proste, czyli wartości graniczne nie mogą przekraczać tych wartości, które są obliczone dla konkretnej części konstrukcji. Jeśli chodzi o wymagania wynikające ze stanu granicznego użytkowalności, to istnieje bardzo ciekawy zapis w eurokodach mówiący, że stany graniczne użytkowalności musimy sprawdzać pod kątem ułatwienia utrzymania mostu i jego napraw. Projektując most trzeba więc stworzyć dostęp do każdego z elementów konstrukcji w celu przeprowadzania bieżących inspekcji i odnowy (np. antykorozyjnych powłok ochronnych lub nawierzchni). To jest bardzo istotne, bo dotychczas zdarzało się tak, że w starych mostach, które nie posiadały dokumentacji, trudno było określić jaki jest schemat statyczny obiektu czy jego elementu, bo nie było dojścia i nie można było sprawdzić jak on pracuje – wyjaśnia M. Łagoda.

Zgodnie z eurokodami musi też być zapewniona wymienialność elementów, których nie można zaprojektować na 100 lat eksploatacji, takich jak na przykład łożysk, kotew i zakotwień, pojedynczych cięgien, urządzeń dylatacyjnych, jak też podobnych urządzeń o ograniczonej żywotności. Warunkiem równoczesnym jest to, by podczas tych czynności do minimum ograniczyć utrudnienia w ruchu na obiekcie.

Eurokody wprowadzają nowe pojecie, tj. niezawodność konstrukcji. Pod tym należy rozumieć zdolność konstrukcji lub elementu konstrukcji do spełnienia określonych wymagań, łącznie z uwzględnieniem projektowego okresu użytkowania na który została zaprojektowana. – To jest pewien problem, ponieważ niezawodność wyraża się zwykle miarami probabilistycznymi. Obejmuje ona nośność, użytkowalność i trwałość konstrukcji. Zgodnie z eurokodami możemy przyjmować różne poziomy niezawodności dla stanu granicznego nośności SGN i stanu granicznego użytkowalności SGU. Poziomy niezawodności mogą zależeć od wielu czynników,  m.in. od możliwych konsekwencji awarii dotyczących zagrożenia zdrowia i życia (odmiennych dla mostu na drodze gminnej i mostu autostradowego, który musi się charakteryzować wyższym poziomem niezawodności), potencjalnych strat gospodarczych i uciążliwości społecznych, a też kosztów zmniejszenia możliwości zaistnienia awarii, które np. dla mostów autostradowych trzeba ponieść zdecydowanie większe, by zminimalizować te ryzyko. Różny jest też stopień niezawodności wymagany przez przepisy krajowe lub lokalne, w tym te przyjmowane przez właścicieli obiektów. W obliczeniach zakłada się, że trwałość konstrukcji odpowiada obliczeniowemu okresowi użytkowania przy odpowiedniej jej konserwacji – tłumaczy M. Łagoda.


Wszystkie eurokody, a więc w odniesieniu do wszystkich rodzajów konstrukcji (betonowych, stalowych, zespolonych), zakładają, że efekty oddziaływań można obliczać na podstawie globalnej analizy sprężystej, nawet wtedy, gdy nośność przekroju obliczana jest przy założeniu nieliniowości fizycznych materiałów lub dopuszczając uplastycznienie. – To jest interesujące, oznacza bowiem, że możemy dopuszczać uplastycznienie pewnych elementów konstrukcyjnych, czy to stalowych czy betonowych, natomiast całość musimy traktować jako ciało sprężyste, co jest ułatwieniem w obliczeniach – zauważa M. Łagoda.

W stanach granicznych użytkowalności, które są trudniejsze do obliczenia niż stany graniczne nośności, stosuje się globalną analizę sprężystą z odpowiednimi korektami dotyczącymi efektów nieliniowych, takich jak np. zarysowanie betonu. Przy sprawdzaniu stanu granicznego zmęczenia stosuje się globalną analizę sprężystą.

Eurokod „betonowy” i „zespolony” zakłada uwzględnianie sztywności betonu rozciąganego. Do określania sił wewnętrznych i momentów w elemencie rozciąganym w stanie granicznym nośności, użytkowania i zmęczenia, w analizie globalnej należy rozważyć nieliniowe zachowanie się na skutek zarysowania betonu i efektów współpracy betonu na odcinkach między rysami. Należy uwzględnić efekty wynikające z  podwyższenia wytrzymałości betonu na rozciąganie.

- Otóż, wiadomo, że przy zwiększaniu obciążeń elementu rozciąganego betonowego na tym elemencie pojawiają się zarysowania. Ale nie jest tak, że powstaje nieskończona liczba rys. Z teorii i doświadczeń wiemy, że liczba rys jest liczbą skończoną. W związku z tym możemy określić odległość między rysami, gdzie pozostaje pełne pole betonu, czyli konstrukcja posiadająca sztywność. Dotychczas braliśmy tylko sztywność części ściskanej, teraz sztywność całego przekroju. To jest duży krok do przodu, dzięki temu można obniżyć koszty konstrukcji ze względu na ugięcia nawet o 20-30 procent – tłumaczy M. Łagoda.

Efekty zarysowania betonu  w analizie ogólnej

Jeżeli w analizie sprężystej zastosowana została metoda uwzględniająca wpływy zarysowania, to powinna być ona stosowana nie tylko dla elementu rozciąganego, ale dla całej konstrukcji.

Sztywność giętna przekroju   => EaI2,ts

gdzie:
I2,ts jest momentem bezwładności, w którym uwzględniona jest sztywność betonu rozciąganego pomiędzy rysami.

***

Eurokody dopuściły projektowanie wspomagane badaniami, na przykład umożliwiającymi ustalenie nośności lub cech użytkowych części konstrukcyjnych dla których nie ma wsparcia w teorii i praktyce funkcjonowania obiektów. Badanie mogą też dotyczyć rozpoznania właściwości materiałów wykonywanych in situ, np. zapraw klejowych. Również w przypadku braku odpowiedniego wsparcia w teorii można dokonywać badań, których zadaniem jest zmniejszenie niepewności wartości parametrów obciążenia lub modeli obliczeniowych, np. badania w tunelu aerodynamicznym, badania prototypów w skali naturalnej, badania modelowe.

AS

Zagadnienie eurokodów w projektowaniu obiektów mostowych dr hab. inż. Marek Łagoda, profesor Politechniki Lubelskiej i Instytutu Badawczego Dróg i Mostów, prezentował na V Seminarium technicznym „Aktualne zagadnienia budownictwa komunikacyjnego” - Augustów 2011.

Eurocodes in bridge design
European standards, called Eurocodes give the designer much greater freedom. Such self-reliance in thinking was even prohibited by the old national standards. Working to the  national standards the designer was bound to apply all the provisions directly. For example, one of the provisions required that the concrete slab be at least  20 cm thick, regardless of what it was supposed to be used for. The Eurocodes however contain only few entries preceded by the letter P, which indicates that a rule the designer must obey. For example, in the Eurocode devoted to steel, about a hundred pages long, there are only eight such obligatory rules. And in the Eurocode on composites  there are only six. These obligatory rules create a kind of canon. All remaining entries of the Eurocodes are rather guidelines that give the  designers the freedom of use. In this way Eurocodes provide for a creative approach and independent thinking.

Dodaj komentarz
Komentarze do artykułów może dodać każdy użytkownik Internetu. Administrator portalu nie opublikuje jednak komentarzy łamiących prawo oraz niemerytorycznych, tj. nieodnoszących się bezpośrednio do treści zawartych w artykule. Nie będą również publikowane komentarze godzące w dobre imię osób czy podmiotów, rasistowskie, wyznaniowe czy uwłaczające grupom etnicznym, oraz zawierają treści nieetyczne albo niemoralne, pornograficzne oraz wulgarne. Z komentarzy zostaną usunięte: reklamy towarów, usług, komercyjnych serwisów internetowych, a także linki do stron konkurencyjnych.