Instytut Techniki Budowlanej Zakład Konstrukcji i Elementów Budowlanych Seminarium 2009-10-23

1

Instytut Techniki Budowlanej Zakład Konstrukcji i Elementów Budowlanych

Seminarium 2009-10-23

Mgr inż. Jerzy Kowalewski

WYTYCZNE OBLICZANIA STANÓW GRANICZNYCH CZĘŚCIOWO

SPRĘŻONYCH ŻELBETOWYCH WIROWANYCH ŻERDZI

ELEKTOENERGETYCZNYCH

NK-28/09 Wytyczne obliczania … żerdzi elektroenergetycznych

JK

2NK-28/09 Wytyczne obliczania … żerdzi elektroenergetycznych

JK ® INS T Y T UT T E CHNIK I BUDO W L A NEJ 00-611 Warszawa, ul. Filtrowa 1, tel.: 825-04-71, fax: 825-52-86

Nr i symbol zakładowy pracy

NK – 28/2009

Nr i pozycja planu koordynacyjnego

2.2.13

K AR T A P R O G R AM O W A

pracy pt. WYTYCZNE OBLICZANIA STANÓW GRANICZNYCH

CZĘŚCIOWO SPRĘŻONYCH ŻELBETOWYCH WIROWANYCH

ŻERDZI ELEKTOENERGETYCZNYCH

1. Nr i nazwa grupy problemowej 2. Konstrukcje budowlane

2. Nr i nazwa grupy tematycznej 2.2. Projektowanie i wykonawstwo konstrukcji

3. Rodzaj pracy (RN; NP; WW; PW-O) RN-P

4. Zleceniodawca, źródło finansowania Ministerstwo Nauki i Szkolnictwa Wyższego dz. Statutowa

5. Główny referent pracy mgr inż. Jerzy Kowalewski

6. Nadzór merytoryczny doc. dr hab. inż. Paweł Lewiński

7. Zakłady współpracujące ..........................................................................................................

8. Termin rozpoczęcia pracy styczeń 2009

9. Planowany termin zakończenia całej pracy grudzień 2011


JK

PLAN REALIZACJI I KALKULACJA KOSZTÓW PRACY w roku 2009 ( ZAŁĄCZNIK do karty programowej)

NR ZAKŁADOWY : NK-28/2009 NR W GRUPIE TEMATYCZNEJ: 2.2.13

pt.: WYTYCZNE OBLICZANIA STANÓW GRANICZNYCH CZĘŚCIOWO SPRĘŻONYCH ŻELBETOWYCH WIROWANYCH ŻERDZI ELEKTOENERGETYCZNYCH 1. Zadania bieżącego roku 2. Forma zakończenia etapu rocznego

Wykonawcy: ( symbole) Zakłady ITB Kooperanci

Terminy

realizacji zadań 1/ rozpoczęcia 2/ zakończenia

w kwartałach

Nakład pracy w

godzinach ( w podziale na zakłady)

Planowany koszt pracy (w zł)

Ogółem zadanie Ogółem

praca

w tym:

robocizna Zakładów

ITB

kooperacja

a/ aparatura b/ wartości prawne i niematerialne (programy komputer.)

materiały

badawcze

inne wydatki, w tym: a/ f. bezosobowy* b / konferencje zagraniczne c/ konferencje krajowe

d/ delegacje krajowe e/ tłumaczenia f/ koreferaty**

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 1.Zadania bieżącego roku: 1.1. Przegląd literatury

1.2. Obliczanie stanów granicznych częściowo sprężonych

wirowanych żerdzi elektroenergetycznych

1.3. Metody badań stanów granicznych żerdzi

elektroenergetycznych

1.4. Weryfikacja wyników obliczeń z wynikami badań

doświadczalnych

1.5. Określenie zakresu niezbędnych prac dla opracowania

wytycznych

2.Forma zakończenia etapu rocznego: 2.1. Sprawozdanie;

I / II

I / III

II / III

II/III

IV / IV

60

170

100

110

60

500

5370

15215

8950

9845

5370

44750

5370

15215

8950

9845

5370

44750


JK

Jerzy Kowalewski Warszawa, 2009-09-11

Wersja robocza

WYTYCZNE OBLICZANIA STANÓW GRANICZNYCH CZĘŚCIOWO SPRĘŻONYCH ŻELBETOWYCH

WIROWANYCH ŻERDZI ELEKTROENERGETYCZNYCH

NK-28/09 Zadania zrealizowane w 2009 roku

Spis treści:

1. Przegląd literatury

2. Obliczanie stanów granicznych częściowo sprężonych wirowanych żerdzi elektroenergetycznych

3. Metody badań stanów granicznych żerdzi elektroenergetycznych

4. Weryfikacja wyników obliczeń z wynikami badań doświadczalnych

5. Określenie zakresu niezbędnych prac dla opracowania wytycznych

6. Wnioski

Załączniki:

1. Analiza częściowo-sprężonych wirowanych żerdzi elektroenergetycznych

z uwzględnieniem grubego pierścienia wg WEN-FOO YAU

2. Ugięcia wierzchołka żerdzi

3. Charakterystyki geometryczne żerdzi

4. Nośności obliczeniowe w poszczególnych przekrojach żerdzi

5. Nośności obliczeniowa momentu zginającego wg pn-87/b-03465

6. Obliczenia wariantowe


JK1. Przegląd literatury

Wykorzystane zostały wyniki badań doświadczalnych przedstawione w

a. NW-65/2008 Metody badań słupów oświetleniowych i elektroenergetycznych przy jednoczesnym zginaniu i

skręcaniu zgodnych z wymaganiami norm PN-EN

b. A. Szczygielski, R. Mazurczuk: Badania doświadczalne i weryfikacja obliczeniowa częściowo sprężonych

żerdzi wirowanych na skręcanie połączone ze zginaniem i ścinaniem, Kwartalnik ITB 2007 nr 2 (142)

Obliczenia realizowane były z wykorzystaniem metod przedstawionych w:

a. NW-65/09 i artykule: A.Szczygielski i R Mazurczuk: Badania doświadczalne i weryfikacja obliczeniowa

częściowo sprężonych żerdzi wirowanych na skręcanie połączone ze zginaniem i ścinaniem, Kwartalnik ITB

2007 nr 2 (142)

b. PN-87/B-03265

c. M. Lechman: Nośność i wymiarowanie przekrojów pierścieniowych elementów mimośrodowo ściskanych

d. Wen-Foo Yau Design Equations for Hollow Circular Sections of Reinforced Concrete Without Thin

Wall Approximation ACI JOURNAL / OCTOBER 1977 Title no. 74-47

Badania doświadczalne zawierają wyniki obejmujące przemieszczenia (ugięcia i skręcanie) oraz nośności (max

obciążenia) i zarysowania (obciążenia, przy których pojawiają się zarysowania).

Metody obliczeniowe obejmują modele cienkościenne (cała masa skupiona na okręgu) oraz pierścienie grubościenne.

Uwzględniane są wzory empiryczne oraz elementy nieliniowości.

Publikacje: dr inż. Aleksy Łodo, dr inż. Janusz Kubiak, prof. Mieczysław Kamiński, Aprobaty techniczne ITB, Projekty firm: Wirbet, Gastel, Migacz, Moll, Pfleiderer,


JK

9

(2.1) Analiza częściowo-sprężonych wirowanych żerdzi elektroenergetycznych z uwzględnieniem grubego pierścienia wg WEN-FOO YAU

NK-28/09 Wytyczne obliczania … żerdzi elektroenergetycznych

JK

Procedura Iteracja, poszukiwanie cstart co=0.100 R1= 1.1773koniec ck=0.900 R1= 0.9885c= 0.450746 ao=1.343 ai=1.266 R1= 0.99999957

Dla obliczenia nośności rzeczywistego przypadku trzeba określić kilka parametrów geometrycznych, materiałowych, obciążenia co daje możliwości różnej interpretacji (manipulacji?) danymi


JK Tablica 1 Lp Di di li lai 3i2-3i+1 lai(3i2-3i+1)-------------------------------------------------------------- 1 0.2705 0.1276 0.00024979 4.926550 1 4.92655 2 0.2855 0.1368 0.00030892 3.983522 7 27.88465 3 0.3005 0.1460 0.00037792 3.256201 19 61.86782 4 0.3155 0.1553 0.00045783 2.687892 37 99.45199 5 0.3305 0.1645 0.00054972 2.238571 61 136.55282 6 0.3455 0.1737 0.00065474 1.879508 91 171.03520 7 0.3605 0.1829 0.00077407 1.589760 127 201.89951 8 0.3755 0.1922 0.00090896 1.353849 169 228.80045 9 0.3905 0.2014 0.00106068 1.160187 217 251.7606610 0.4055 0.2106 0.00123059 1.000000 271 271.00000 suma = 1455.1796Ecm= 38600000 ln= 0.00123 n= 10F= 1 l= 9.8 s= 1455.1796 a= 0.009611

Otrzymana wartość a = 0.009611 m oznacza ugięcie wierzchołka żerdzi przy sile obciążającej F = 1 kN (w artykule podano wartość a = 9,6426 mm).

(2.2)


JK

Żerdzie•żerdź Em – 10,5/17,5 – 2 sztuki•dolny segment żerdzi Ew – 22/20 – 1 szt.•górny segment żerdzi Ew – 22/20 – 4 szt. (chyba 3 szt.)Badania •żerdź Em – 10,5/17,5 – zginanie (3a 3.3.1.2 3.4.1.1) etap I + II•żerdź Em – 10,5/17,5 – skręcanie (3b 3.3.1.3 3.4.1.2)•górny s. żerdzi Ew – 22/20 –skręcanie (3.c 3.3.1.4 3.4.1.3 5.2.2)•górny segment żerdzi Ew – 22/20 – skręcanie ze zginaniem (3.d 3.3.1.5 3.4.1.4 5.2.3) •(gór.+dol.) żerdzi Ew – 22/20 – zginanie (3e 3.3.1.6 3.4.1.5 5.2.1) etap I + II


JK


JK Charakterystyki Ew22 Sred Zs=# 12.5 Z1=#12 Z2=#14 Z3=#16 Pole 0.946 1.13 1.54 2.01 c= 25.0 fp= 12.5 fs= 7.0 alfae= 5.13 ---------------------------------------------------------------------- m mm mm mm szt mm mm cm2 cm2 cm2 cm2 cm2 cm4 mm mm mm mm mm mm mm mm cm4 cm4 ---------------------------------------------------------------------- x D d t Zs Z1 Z2 Z3 Ds Os Acb Ap SAs Acn Acs Ic rp tp Dp dp rs ts Ds ds PiD4 Ics Ics/Ic ====================================================================== 0.0 632.0 361.0 135.5 14 0 0 0 575.0 1806.0 2112.5 13.24 0.0 2099.3 2167.2 699415 284.8 0.740 570.3 568.9 287.5 0.000 575.0 575.0 20980 720395 1.030 ---------------------------------------------------------------------- 1.0 617.0 353.0 132.0 14 14 0 0 560.9 1758.0 2010.2 13.24 15.8 1981.1 2130.2 634853 277.3 0.760 555.4 553.8 280.0 0.900 560.9 559.1 47766 682619 1.075 ---------------------------------------------------------------------- 2.0 602.0 345.0 128.5 14 14 0 0 545.9 1711.0 1910.5 13.24 15.8 1881.4 2030.5 574864 269.8 0.781 540.4 538.8 272.5 0.924 545.9 544.1 44013 618877 1.077 ---------------------------------------------------------------------- 3.0 587.0 337.0 125.0 14 14 0 0 531.0 1664.0 1813.4 13.24 15.8 1784.3 1933.4 519228 262.3 0.804 525.4 523.8 265.0 0.951 531.0 529.0 42876 562104 1.083 ---------------------------------------------------------------------- 4.0 572.0 329.0 121.5 14 14 0 0 516.0 1617.0 1718.7 13.24 15.8 1689.6 1838.7 467729 254.8 0.827 510.4 508.8 257.5 0.978 516.0 514.0 39323 507052 1.084

(2.3) Aby prowadzić analizy trzeba wykonać obliczenia dla różnych wariantów. Ułatwiają to algorytmy i programy komputerowe. Obliczenia NW-65 znakomicie ułatwiły tworzenie programów komputerowych do obliczeń.


JK


JK

Momenty skrecajace TR Em10_5 L= 10.50 fctd= 1.67 fctm= 3.50 -------------------------------------------------------------------------- m cm cm2 kN MPa cm4 cm3 kNm kNm -------------------------------------------------------------------------- x D Acn Pmt Scp Scp/fd Scp/fm Ioc Wct TRd TRm ========================================================================== 0.00 42.00 997.7 654.1 6.6 3.95 1.89 282348 13445 49.96 80.00 1.00 40.50 913.5 654.1 7.2 4.31 2.06 244288 12064 46.43 73.86 2.00 39.01 847.5 654.1 7.7 4.61 2.20 210444 10789 42.68 67.55 3.00 37.51 783.4 654.1 8.3 4.97 2.37 180036 9599 39.17 61.67 4.00 36.02 722.0 654.1 9.1 5.45 2.60 153206 8507 36.08 56.49 5.00 34.52 662.7 654.1 9.9 5.93 2.83 129352 7494 32.95 51.33 6.00 33.03 612.7 654.1 10.7 6.41 3.06 108538 6572 29.88 46.35 7.00 31.53 562.8 654.1 11.6 6.95 3.31 90220 5723 26.95 41.58 8.00 30.04 511.3 654.1 12.8 7.66 3.66 74430 4955 24.35 37.44 9.00 28.54 461.8 654.1 14.2 8.50 4.06 60716 4255 21.90 33.50 10.00 27.05 415.2 654.1 15.8 9.46 4.51 49068 3628 19.60 29.81 10.50 26.30 397.0 654.1 16.5 9.88 4.71 43876 3337 18.38 27.91 Momenty zginajace MRd Mcr Em10_5 m cm cm2 kN cm4 cm3 MPa kNm kNm x D Acn Pmt Ics Wcs Scp MRd Mcr ============================================================ 0.0 42.0 998 654 145813 6943 6.6 69.0 94.4 1.0 40.5 914 654 135800 6706 7.2 70.7 95.2 2.0 39.0 848 654 118398 6070 7.7 67.0 89.2 3.0 37.5 783 654 101493 5412 8.3 63.0 82.8 4.0 36.0 722 654 86988 4830 9.1 60.1 77.8 5.0 34.5 663 654 74369 4309 9.9 57.1 72.8 6.0 33.0 613 654 60217 3646 10.7 51.2 64.5 7.0 31.5 563 654 49290 3127 11.6 46.7 58.2 8.0 30.0 511 654 40713 2711 12.8 43.8 53.7 9.0 28.5 462 654 33440 2343 14.2 41.1 49.7 10.0 27.1 415 654 27364 2023 15.8 38.7 46.1 10.5 26.3 397 654 23488 1786 16.5 35.4 42.0

(2.4)


JK

TRD - Moment skręcający nośność obliczeniowa (dla fctd) TRM - Moment skręcający nośność średnia (dla fctm) MRD - Moment zginający nośność obliczeniowa MCR - Moment rysujący

Ew-22/20


JK

Plik= Em10_5n NOŚNOŚCI OBLICZENIOWE NA ZGINANIE wg PN-87/B-03265 Rv = 1860 MPa Rvo = 0 MPa sv= 700.8 Oznaczenia w tablicy: z - poziom Dz i Dw - średnica zewnętrzna i wewnętrzna Rv i Rb - wytrzymałość obliczeniowa stali spręąającej i betonu Fv i Fb - pole przekróju stali sprężającej i betonu rv - promień do zbrojenia sprężającego rb - średni promień betonu alfak - określa położenie osi obojętnej; obliczane ze wzoru (17) normy svc - naprężenia w cięgnach sprężających po uwzglednieniu strat; wzór (4) kv, Aa i zv - współczynniki obliczane ze wzorów (14, 15 i 16) normy MRd - nośnośc obliczeniowa przekroju na zginanie z Dz Dw Rb Rbz Rvo Fv svc Aa Fb rb rv alfak kv zv MRd ======================================================== m m m MPa MPa MPa m2 MPa m2 m m m kNm kN kN ======================================================== 0.00 0.420 0.220 27.7 3.4 1190 0.00070 -300.8 0.5 0.100 0.160 0.185 0.281 0.274 0.105 123 -------------------------------------------------------- 1.00 0.405 0.212 27.7 3.4 1190 0.00070 -300.8 0.5 0.093 0.154 0.178 0.299 0.259 0.105 115 -------------------------------------------------------- 2.00 0.390 0.203 27.7 3.4 1190 0.00070 -300.8 0.5 0.087 0.148 0.170 0.316 0.245 0.104 107 -------------------------------------------------------- 3.00 0.375 0.195 27.7 3.4 1190 0.00070 -300.8 0.5 0.081 0.143 0.163 0.335 0.229 0.104 99 -------------------------------------------------------- 4.00 0.360 0.187 27.7 3.4 1190 0.00070 -300.8 0.5 0.074 0.137 0.155 0.361 0.207 0.104 90

(2.5)


JK


JK

WARIANT 1: Pmt=70% Momenty skrecajace TR Em10_5w L= 10.50 fctd= 1.67 fctm= 3.50 -------------------------------------------------------------------------- m cm cm2 kN MPa cm4 cm3 kNm kNm -------------------------------------------------------------------------- x D Acn Pmt Scp Scp/fd Scp/fm Ioc Wct TRd TRm ========================================================================== 0.00 42.00 997.7 457.9 4.6 2.75 1.31 282348 13445 43.48 71.52 1.00 40.50 913.5 457.9 5.0 2.99 1.43 244288 12064 40.24 65.82 2.00 39.01 847.5 457.9 5.4 3.23 1.54 210444 10789 37.06 60.18 3.00 37.51 783.4 457.9 5.8 3.47 1.66 180036 9599 33.89 54.79 4.00 36.02 722.0 457.9 6.3 3.77 1.80 153206 8507 31.03 49.82 5.00 34.52 662.7 457.9 6.9 4.13 1.97 129352 7494 28.35 45.20 6.00 33.03 612.7 457.9 7.5 4.49 2.14 108538 6572 25.72 40.76 7.00 31.53 562.8 457.9 8.1 4.85 2.31 90220 5723 23.12 36.44 8.00 30.04 511.3 457.9 9.0 5.39 2.57 74430 4955 20.92 32.77 9.00 28.54 461.8 457.9 9.9 5.93 2.83 60716 4255 18.71 29.15 10.00 27.05 415.2 457.9 11.0 6.59 3.14 49068 3628 16.69 25.84 10.50 26.30 397.0 457.9 11.5 6.89 3.29 43876 3337 15.65 24.19

Programy obliczeniowe umożliwiają wykonywanie wariantowych obliczeń

(2.6)


JK

Wariant 1


JK

NW-65/2008 ugięcia


JK

NW-65/2008 wyniki: badania i obliczenia

Istotna zgodność


JK

Żaden albo niewielki wpływ charakterystyki σ-ε betonu na nośność w przypadku małej siły i dużego momentu (tak jest dla żerdzi elektroenergetycznych)


JK

Zbrojenie poprzeczne nie jest uwzględniane w obliczeniach. NW-68/2008Odstępstwa od projektu powodują negatywne skutki. Przedwczesne uszkodzenia i zniszczeniem.


JK

Wniosek 1

PUBLIKACJA NW-65/2008-duże, kosztowne, oryginalne badania -publiczne pieniądza, upublicznione efekty -prestiż dla autorów i Instytutu -marketing i reklama -biblioteka ITB nie wystarczy


JK

Wniosek 2

ZGODNOŚĆ WYNIKÓW teoretycznych i doświadczalnych

- a posteriori, manipulacje - zmiany metod i parametrów obliczeniowych - brak pomysłu jak zmieniać


JK

Wniosek 3

ZGODNOŚĆ wykonania z projektem JAK BADAĆ DOTOWY WYRÓB?

- sprężenie, zbrojenie obwodowe, otuliny itp. - kryteria ceny: dobre / złe - skuteczne, wiarygodne, tanie badania nieniszczące - duże znaczenie dla praktyki


JK


JK

Dziękuję za uwagę

Instytut Techniki Budowlanej Zakład Konstrukcji i Elementów Budowlanych Seminarium 2009-10-23

Documents

Transcript of Instytut Techniki Budowlanej Zakład Konstrukcji i Elementów Budowlanych Seminarium 2009-10-23