PROCEDURA MODELOWANIA OBIEKTÓW RZECZYWISTYCH …delibra.bg.polsl.pl/Content/607/R-4601_JG.pdf ·...

POLITECHNIKA LSKA W GLIWICACH

WYDZIA BUDOWNICTWA KATEDRA DRG I MOSTW

ZAKAD MOSTW

PROCEDURA MODELOWANIA OBIEKTW RZECZYWISTYCH W POSTACI PEWNEGO

TYPU KONSTRUKCJI MOSTOWYCH

ROZPRAWA DOKTORSKA

Autor: mgr in. Piotr AZISKI

Promotor: dr hab. in. Jerzy WESELI Prof. Pol. l.

Gliwice, 2009

Spis treci

1

SPIS TRECI

PRZEDMOWA......................................................................................................................................... 5

STOSOWANE OZNACZENIA I SKRTY.......................................................................................... 7

1. CEL I ZAKRES PRACY.................................................................................................................1-1

1.1 TEZA I ZASADNICZE CELE PRACY ...............................................................................................1-11.2 ZAKRES PRACY ...........................................................................................................................1-1

2. PRBNE OBCIENIA OBIEKTW MOSTOWYCH............................................................2-1

2.1 WPROWADZENIE.........................................................................................................................2-12.2 OMWIENIE BADA MOSTW POD PRBNYM OBCIENIEM.....................................................2-2

2.2.1 Istota bada odbiorczych..................................................................................................2-22.2.2 Przepisy regulujce badania mostw pod prbnym obcieniem....................................2-3

2.2.2.1 Norma PN-99/S-10040..............................................................................................2-32.2.2.2 Zarzdzenie nr 35 GDDKiA......................................................................................2-5

2.2.3 Wasne uwagi odnonie do prbnych obcie ...............................................................2-62.3 SPECYFIKA BADA IN SITU OBIEKTW MOSTOWYCH.................................................................2-82.4 PODSUMOWANIE.........................................................................................................................2-8

3. PRZEGLD LITERATURY..........................................................................................................3-1

3.1 UWAGI OGLNE ..........................................................................................................................3-13.2 OMWIENIE NAJWANIEJSZYCH OPRACOWA WEDUG SW KLUCZOWYCH..........................3-1

3.2.1 Normy i przepisy..............................................................................................................3-13.2.2 Prbne obcienia ............................................................................................................3-23.2.3 Modele obliczeniowe .......................................................................................................3-43.2.4 Teoria betonu ...................................................................................................................3-53.2.5 Modu sprystoci betonu...............................................................................................3-63.2.6 Wyposaenie mostw.......................................................................................................3-73.2.7 Badania.............................................................................................................................3-7

4. BADANIA WASNE.......................................................................................................................4-1

4.1 WPROWADZENIE.........................................................................................................................4-14.1.1 Prbne obcienia statyczne typowego mostowego ustroju nonego ..............................4-1

4.1.1.1 rodki obciajce konstrukcj.................................................................................4-14.1.1.2 Modele obliczeniowe konstrukcji ..............................................................................4-24.1.1.3 Schematy obcie normowych ................................................................................4-24.1.1.4 Schematy obcie prbnych przse........................................................................4-34.1.1.5 Punkty pomiarowe ....................................................................................................4-44.1.1.6 Sprzt pomiarowy .....................................................................................................4-5

4.1.2 Sprawozdania z prbnych obcie .................................................................................4-64.2 ZESTAWIENIE PRZEBADANYCH OBIEKTW MOSTOWYCH ..........................................................4-6

4.2.1 elbetowe pyty pomostowe typ 1................................................................................4-74.2.1.1 Opis konstrukcji ........................................................................................................4-74.2.1.2 Wyniki bada ............................................................................................................4-84.2.1.3 Wnioski......................................................................................................................4-9

4.2.2 Sprone pyty pomostowe typ 2..................................................................................4-94.2.2.1 Opis konstrukcji ......................................................................................................4-104.2.2.2 Wyniki bada ..........................................................................................................4-104.2.2.3 Wnioski....................................................................................................................4-11

4.2.3 elbetowe belki trapezowe poczone pyt pomostow typ 3 ..................................4-114.2.3.1 Opis konstrukcji ......................................................................................................4-114.2.3.2 Wyniki bada ..........................................................................................................4-124.2.3.3 Wnioski....................................................................................................................4-13

Spis treci

4.2.4 Sprone belki trapezowe poczone pyt pomostow typ 4.....................................4-134.2.4.1 Opis konstrukcji ......................................................................................................4-134.2.4.2 Wyniki bada...........................................................................................................4-144.2.4.3 Wnioski....................................................................................................................4-15

4.2.5 Prefabrykowane belki sprone zespolone z elbetow pyt pomostow typ 5........4-154.2.5.1 Opis konstrukcji ......................................................................................................4-154.2.5.2 Wyniki bada...........................................................................................................4-164.2.5.3 Wnioski....................................................................................................................4-17

4.2.6 Stalowe dwigary blachownicowe zespolone z elbetow pyt pomostow typ 6 ...4-174.2.6.1 Opis konstrukcji ......................................................................................................4-174.2.6.2 Wyniki bada...........................................................................................................4-184.2.6.3 Wnioski....................................................................................................................4-19

4.2.7 Spostrzeenia do wynikw bada szeciu typw konstrukcji mostw ..........................4-194.3 WYNIKI BADA DWUBELKOWYCH I DWUPRZSOWYCH WIADUKTW NAD AUTOSTRAD ....4-20

4.3.1 Konstrukcja obiektw.....................................................................................................4-214.3.2 Prbne obcienia statyczne...........................................................................................4-224.3.3 Wyniki bada .................................................................................................................4-244.3.4 Wnioski ..........................................................................................................................4-25

4.4 BADANIA LABORATORYJNE BETONU MOSTOWEGO ..............................................................4-274.4.1 Receptura laboratoryjna mieszanki betonowej...............................................................4-274.4.2 Przygotowanie prbek....................................................................................................4-284.4.3 Sposb badania...............................................................................................................4-294.4.4 Badanie wytrzymaoci betonu na ciskanie przy uyciu prasy wytrzymaociowej.....4-304.4.5 Okrelenie moduu sprystoci betonu .........................................................................4-324.4.6 Wnioski ..........................................................................................................................4-36

4.5 POSZERZONE BADANIA ODBIORCZE WYBRANEGO OBIEKTU ....................................................4-374.5.1 Wprowadzenie................................................................................................................4-374.5.2 Charakterystyka badanego obiektu autostradowego ......................................................4-374.5.3 Zamocowanie kapy chodnikowej ...................................................................................4-384.5.4 System pomiarowy do rejestracji cigej........................................................................4-394.5.5 Prbne obcienie statyczne...........................................................................................4-42

4.5.5.1 rodki obciajce ..................................................................................................4-434.5.5.2 Schemat prbnego obcienia.................................................................................4-434.5.5.3 Punkty pomiarowe...................................................................................................4-444.5.5.4 Wyniki bada w dwch etapach budowy ................................................................4-454.5.5.5 Wnioski....................................................................................................................4-46

4.5.6 Badania betonu ...............................................................................................................4-464.5.6.1 Przygotowanie prbek.............................................................................................4-464.5.6.2 Badanie wytrzymaoci betonu................................................................................4-494.5.6.3 Modu sprystoci betonu ......................................................................................4-534.5.6.4 Wnioski....................................................................................................................4-56

4.6 PODSUMOWANIE.......................................................................................................................4-56

5. MODELE OBLICZENIOWE.........................................................................................................5-1

5.1 WPROWADZENIE.........................................................................................................................5-15.2 MODEL MATERIAU....................................................................................................................5-3

5.2.1 Stal....................................................................................................................................5-35.2.2 Beton ................................................................................................................................5-4

5.3 MODEL OBCIENIA ...................................................................................................................5-55.4 MODEL GEOMETRII .....................................................................................................................5-7

5.4.1 Zaoenia analizy numerycznej ........................................................................................5-95.4.2 Model-1 belkowy z niewak pyt klasa (e1,p2) i (e2,p2) ...........................................5-10

5.4.2.1 Wprowadzenie.........................................................................................................5-105.4.2.2 Model obliczeniowy.................................................................................................5-105.4.2.3 Wyniki .....................................................................................................................5-12

2

Spis treci

5.4.3 Model-2 belkowo-pytowy klasa (e1,p2) i (e2,p2).........................................................5-135.4.3.1 Wprowadzenie.........................................................................................................5-135.4.3.2 Model obliczeniowy ................................................................................................5-135.4.3.3 Wyniki .....................................................................................................................5-14

5.4.4 Model-3 pytowy klasa (e2,p2).....................................................................................5-155.4.4.1 Wprowadzenie.........................................................................................................5-155.4.4.2 Modele obliczeniowe...............................................................................................5-175.4.4.3 Wyniki .....................................................................................................................5-20

5.4.5 Model-4 powokowy klasa (e2,p3) ...............................................................................5-235.4.5.1 Wprowadzenie.........................................................................................................5-235.4.5.2 Model obliczeniowy ................................................................................................5-245.4.5.3 Wyniki .....................................................................................................................5-25

5.4.6 Model-5 bryowy klasa (e3,p3).....................................................................................5-275.4.6.1 Wprowadzenie.........................................................................................................5-275.4.6.2 Model obliczeniowy ................................................................................................5-285.4.6.3 Wyniki .....................................................................................................................5-29

5.5 WYBR MODELU OBLICZENIOWEGO ........................................................................................5-315.6 PODSUMOWANIE.......................................................................................................................5-33

6. ANALIZA WPYWU ZMIENNOCI CECH BETONU ............................................................6-1

6.1 WPROWADZENIE.........................................................................................................................6-16.2 WACIWOCI BETONU ..............................................................................................................6-1

6.2.1 Uwagi oglne ...................................................................................................................6-16.2.2 Wytrzymao na ciskanie betonu ..................................................................................6-36.2.3 Modu sprystoci betonu...............................................................................................6-8

6.3 WPYW WIEKU BETONU NA WYTRZYMAO .........................................................................6-146.4 WPYW RODZAJU KRUSZYWA NA MODU SPRYSTOCI BETONU .........................................6-176.5 WPYW PIELGNACJI PRBEK NA WYTRZYMAO I MODU SPRYSTOCI BETONU ...........6-19

6.5.1 Wprowadzenie................................................................................................................6-196.5.2 Wyniki............................................................................................................................6-206.5.3 Wnioski ..........................................................................................................................6-22

6.6 PROGNOZOWANIE WARTOCI MODUU SPRYSTOCI BETONU..............................................6-226.6.1 Wprowadzenie................................................................................................................6-226.6.2 Propozycja wedug Eurokodu 2 .....................................................................................6-236.6.3 Propozycja wedug CEB-FIP Model Code 1990 ...........................................................6-246.6.4 Propozycja wedug L.J. Parrott ......................................................................................6-256.6.5 Propozycja wedug ACI Committee ..............................................................................6-266.6.6 Propozycja wedug Japan Society of Civil Engineering Standard .................................6-276.6.7 Propozycja wedug autorw Bogucka J., Grabiec-Mizera T. i Mroczkowski M. ..........6-286.6.8 Wnioski ..........................................................................................................................6-29

6.7 PODSUMOWANIE.......................................................................................................................6-30

7. ANALIZA WPYWU WYPOSAENIA BADANEGO OBIEKTU MOSTOWEGO ..............7-1

7.1 WPROWADZENIE.........................................................................................................................7-17.2 ROZWIZANIA KONSTRUKCYJNE................................................................................................7-2

7.2.1 Pyta chodnikowa .............................................................................................................7-37.2.2 Balustrady, barieroporcze i bariery energochonne........................................................7-47.2.3 Nawierzchnia jezdni.........................................................................................................7-4

7.3 WPYW PYTY CHODNIKOWEJ ...................................................................................................7-57.3.1 Wprowadzenie..................................................................................................................7-57.3.2 Proponowany wspczynnik efektywnego zespolenia .....................................................7-57.3.3 Procedura uwzgldniajca zespolenie pyty chodnikowej ...............................................7-77.3.4 Weryfikacja proponowanego wspczynnika ..................................................................7-8

7.4 PODSUMOWANIE.......................................................................................................................7-11

3

Spis treci

8. PROPOZYCJA ADEKWATNEJ PROCEDURY MODELOWANIA I PLANOWANIA BADA ODBIORCZYCH OMAWIANEGO TYPU OBIEKTW RZECZYWISTYCH ...........................8-1

8.1 WPROWADZENIE.........................................................................................................................8-18.2 ADEKWATNA PROCEDURA MODELOWANIA I PLANOWANIA BADA ODBIORCZYCH OBIEKTW RZECZYWISTYCH TYPU 4 ....................................................................................................................8-1

8.2.1 Cel procedury ...................................................................................................................8-18.2.2 Zakres stosowania procedury ...........................................................................................8-28.2.3 Terminy i definicje ...........................................................................................................8-28.2.4 Opis postpowania ...........................................................................................................8-3

8.2.4.1 Rodzaj badanych obiektw........................................................................................8-38.2.4.2 Szukane wielkoci......................................................................................................8-38.2.4.3 Opis postpowania na etapie projektu prbnego obcienia ...................................8-38.2.4.4 Opis postpowania w trakcie wykonywania prbnego obcienia ...........................8-58.2.4.5 Opis postpowania na etapie sprawozdania z prbnego obcienia........................8-5

8.2.5 Dokumenty zwizane .......................................................................................................8-68.3 PODSUMOWANIE.........................................................................................................................8-7

9. WNIOSKI .........................................................................................................................................9-1

9.1 PODSUMOWANIE.........................................................................................................................9-19.2 WNIOSEK KOCOWY...................................................................................................................9-49.3 KIERUNEK DALSZYCH PRAC .......................................................................................................9-4

SPIS LITERATURY.............................................................................................................................. 11

4

Przedmowa

5

PRZEDMOWA

Badania pod prbnym obcieniem maj dug tradycj wrd pracownikw Katedry Drg i Mostw Politechniki lskiej. Ciesz si, e od pocztku studiw doktoranckich mogem czynnie uczestniczy w tych pracach. Chciaem tym samym podzikowa mojemu Promotorowi, ktrym by Pan Profesor Jerzy Weseli, za jego cenne uwagi i pomoc na etapach pracy.

Dzikuj rwnie Panu Czesawowi Bieleckiemu z naszej Katedry, ktry uczestniczy we wszystkich badaniach i przyczyni si istotnie w realizacji zamierzonych dowiadcze. Skadam podzikowania wszystkim pracownikom Katedry Drg i Mostw za yczliwo i wszelk pomoc, a w szczeglnoci caemu Zespoowi Bada Terenowych. Dzikuj pracownikom firmy Polimex-Mostostal S.A. Zakad Budownictwa Drogowego z Katowic oraz Generalnej Dyrekcji Drg Krajowych i Autostrad Oddzia Katowice za moliwo przeprowadzenia poszerzonych bada w trakcie budowy wybranego wiaduktu autostradowego. Chciabym rwnie podzikowa Panu Markowi Salamakowi i Adamowi Silarskiemu za umoliwienie mi rwnolegej pracy naukowej i projektowej.

Na koniec chciabym podzikowa mojej onie i synowi za cierpliwo i wyrozumiao okazan w trakcie studiw, a take caej najbliszej rodzinie za wsparcie.

Przedmowa

6

Stosowane oznaczenia i skrty

STOSOWANE OZNACZENIA I SKRTY

Oznaczenia arabskie

Oznaczenie Objanienie

a wspczynnik uwzgldniajcy rodzaj cementu

b wspczynnik uwzgldniajcy rodzaj cementu

fc wytrzymao betonu na ciskanie

fcd obliczeniowa wytrzymao betonu na ciskanie

fci wytrzymao betonu na ciskanie i-tej prbki

fck charakterystyczna wytrzymao betonu na ciskanie

fc,28 wytrzymao betonu na ciskanie po 28 dniach od wytworzenia

fcm rednia wytrzymao betonu na ciskanie

fcm(t) rednia wytrzymao betonu na ciskanie w czasie t

fe granica plastycznoci stali konstrukcyjnej

k wspczynnik zaleny od poziomu prawdopodobiestwa wystpienia wartoci rwnych lub wyszych od wytrzymaoci charakterystycznej

kf wspczynnik charakteryzujcy zmniejszenie sztywnoci (zwikszenie ugi) elementu elbetowego w nastpstwie zarysowania (faza II)

l0 dugo prbki walcowej

q obcienie rozoone taborem samochodowym

qt obcienie rozoone tumem pieszych

s wspczynnik zaleny od rodzaju cementu

s(f) odchylenie standardowe wytrzymaoci

t Czas (wiek betonu)

v(f) wskanik zmiennoci

w wspczynnik uwzgldniajcy wzrost sztywnoci przse betonowych z uwagi na prognozowan warto siecznego moduu sprystoci betonu w funkcji wieku i rodzaju zastosowanego kruszywa

wp,eff wspczynnik efektywnego zespolenia pyty chodnikowej z ustrojem nonym (wasna propozycja na podstawie bada)

yp odlego osi obojtnej przekroju efektywnej pyty chodnikowej wzgldem osi obojtnej zespolonego przekroju

yu odlego osi obojtnej przekroju ustroju nonego wzgldem osi obojtnej zespolonego przekroju

C wspczynnik wieku betonu

E modu sprystoci

Ec modu sprystoci betonu

Ecm redni sieczny modu sprystoci betonu

Ecm(28) redni sieczny modu sprystoci betonu po 28 dniach dojrzewania

7


8


Ecm(t) redni sieczny modu sprystoci betonu w funkcji wieku

Ecm(t)p redni sieczny modu sprystoci betonu w funkcji wieku pyty chodnikowej

Ecm(t)u redni sieczny modu sprystoci betonu w funkcji wieku ustroju nonego

Ec0 chwilowy modu sprystoci betonu

Es modu sprystoci stali

Fp,eff efektywne pole powierzchni pyty chodnikowej zespolonej z ustrojem nonym

Fp,rzecz rzeczywiste pole powierzchni pyty chodnikowej wraz z gzymsem monolitycznym

G wspczynnik sprystoci poprzecznej (modu Kirchoffa)

I moment bezwadnoci

Ip,eff moment bezwadnoci na zginanie przekroju efektywnej pyty chodnikowej

Irzecz rzeczywisty moment bezwadnoci na zginanie ustroju nonego zespolonego z pyt chodnikow

Iu moment bezwadnoci na zginanie ustroju nonego

K obcienie pojazdem drogowym

L1 odlego punktu pomiarowego od podpory

Lt rozpito teoretyczna badanego przsa mostu

P przemieszczenie cakowite (pionowe) przsa w punkcie pomiarowym

Pn sia obcienia przy zniszczeniu badanej prbki betonowej

Uc ugicie cakowite (pionowe) przsa w punkcie pomiarowym

Uo ugicia obliczone teoretycznie

Uow ugicia obliczone teoretycznie w modelu obcienia prbnego wstpnego

Uoz ugicia obliczone teoretycznie w modelu obcienia prbnego zweryfikowanego

Us ugicie spryste przsa w punkcie pomiarowym

Ut ugicie trwae (pionowe) przsa w punkcie pomiarowym

Oznaczenia greckie


wspczynnik okrelajcy aktywno cementu w czasie dojrzewania betonu (lub wspczynnik konieczny do ustalenia wspczynnika wieku betonu C)

E wspczynnik uwzgldniajcy wpyw rodzaju kruszywa na warto moduu sprystoci betonu

wspczynnik konieczny do ustalenia wspczynnika wieku betonu C

o wspczynnik uwzgldniajcy rnice wartoci siecznego moduu sprystoci betonu w funkcji czasu (ustroju nonego i pyty chodnikowej)

cc(t) wspczynnik zaleny od wieku betonu t

E(t) wspczynnik zaleny od wieku betonu t


9


f wspczynnik obcienia

odksztacenie

d pocztkowy przyrost odksztacenia

wspczynnik konieczny do ustalenia wspczynnika wieku betonu C

wspczynnik Poissona

gsto

c gsto objtociowa betonu

wspczynnik dynamiczny

(t) wspczynnik korekcyjny wyraajcy wpyw podwyszonych temperatur twardnienia betonu

naprenie

d pocztkowy przyrost naprenia

l zmiana dugoci prbki wywoana osigniciem fcm

przyrost odksztacenia prbki betonowej wywoana osigniciem fcm

c1 osiadanie cakowite podpory nr 1

c2 osiadanie cakowite podpory nr 2

t1 osiadanie trwae podpory nr 1

t2 osiadanie trwae podpory nr 2

Macierze i wektory


B macierz wica przemieszczenia i odksztacenia (macierz odksztace),

C macierz tumienia

D macierz sprystoci okrelajc zwizek midzy odksztaceniami a napreniami

K macierz sztywnoci

M macierz mas

N macierz funkcji opisujcych przemieszczenia w dowolnym punkcie konstrukcji w zalenoci od przemieszcze w ukadzie dyskretnym (macierz aproksymacyjna)

F wektor obcie

wektor przemieszcze w ukadzie dyskretnym


Wyjanienie stosowanych okrele


Inspektor Mostowy

Osoba penica obowizki w zakresie utrzymania i eksploatacji drogowych obiektw mostowy w myl zasad opracowanych przez Generaln Dyrekcj Drg Krajowych i Autostrad

Laboratorium betonu

Jednostka badawcza wykonujca niszczce badania betonu na zlecenie wykonawcy obiektu budowlanego na etapie jego budowy

Projekt Prbnego Obcienia

Opracowanie majce na celu wyznaczeniu ekstremalnych si wewntrznych w przekrojach miarodajnych przse od obcie normowych, wykonanie oblicze statycznych i ewentualnie dynamicznych w celu doboru samochodw prbnych, okreleniu zakresu i metod pomiarw podczas badania

Projektant Osoba odpowiedzialna za opracowanie projektu budowlanego wraz z obowizkami zawartymi w Art. 20.1 Prawa Budowlanego z dnia 7 lipca 1994 r. W pracy tej dodatkowo osoba wykonujca obliczenia statyczne i wytrzymaociowe projektowanej konstrukcji mostowej

Rzeczywisty Sowo to w pracy oznacza moliwie bliski rzeczywistoci

Sprawozdanie z Prbnego Obcienia

Opracowanie zawierajce opis przeprowadzonego badania terenowego w oparciu o projekt prbnego obcieni, analiz wynikw pomiarw wraz z ocen rzeczywistej sztywnoci konstrukcji

Zesp Bada Terenowych

Zesp osb posiadajcych odpowiednie kwalifikacje do wykonywania projektw prbnych obcie, przeprowadzania bada pod prbnym obcieniem i opracowywania sprawozda z prbnych obcie.

Skrty

Oznaczenie Znaczenie angielskie Znaczenie polskie

MES Finite-Element Method (FEM) Metoda Elementw Skoczonych

MOPW - Model Obcienia Prbnego Wstpny

MOPZ - Model Obcienia Prbnego Zweryfikowany

MPB - Model Projektu Budowlanego

DPS - Dodatkowy prt sztywny

10

Cel i zakres pracy

1-1

1. CEL I ZAKRES PRACY

1.1 TEZA I ZASADICZE CELE PRACY

Przedmiotem rozprawy s analizy zmierzajce do wyjanienia i usunicia rozbienoci

systematycznie pojawiajcych si midzy modelami obliczeniowymi, a wynikami bada rzeczywistych

konstrukcji mostowych. W szczeglnoci dotyczy to betonowych ustrojw nonych skadajcych si z

szerokich belek trapezowych poczonych pyt pomostow.

Teza pracy brzmi nastpujco:

Prbne obcienie jest dowiadczeniem identyfikacyjnym, w ktrym model obliczeniowy powinien

odzwierciedla rzeczywist prac konstrukcji. Wystpujce rnice relacji ugi w badanych obiektach

rzeczywistych i modelach obliczeniowych nie s zapasem nonoci konstrukcji rzeczywistej, lecz modelu

obliczeniowego. Dlatego badania prbnych obcie naley przeprowadza opierajc si na adekwatnym

modelu obliczeniowym eliminujcym rnice sztywnoci pomidzy obiektem rzeczywistym i

obliczeniowym.

Zasadnicze cele pracy to:

porwnanie wynikw bada pod prbnym obcieniem rnych typw konstrukcji mostowych,

szczegowe omwienie rnic w relacjach midzy ugiciami w badaniach pod prbnym obcieniem i ugiciami z modeli obliczeniowych, wystpujcych w autostradowych

obiektach mostowych, ktrych sprony ustrj nony skada si z dwch belek trapezowych

poczonych pyta pomostow,

analiza wynikw otrzymanych w rnych klasach modelu obliczeniowego badanego wiaduktu,

wyznaczenie rzeczywistych, czasowych rozkadw cech betonu ustroju nonego przez badania niszczce prbek w kilku etapach budowy,

okrelenie wpywu wyposaenia mostu na sztywno konstrukcji, na podstawie bada pod prbnym obcieniem wiaduktu drogowego w trzech etapach jego budowy,

zaproponowanie adekwatnej procedury modelowania i planowania bada odbiorczych obiektw rzeczywistych.

1.2 ZAKRES PRACY

Caa praca skada si z dziewiciu rozdziaw. Na pocztku zamieszczono wykaz najczciej

uywanych oznacze i skrtw, natomiast na kocu pracy przedstawiono spis wykorzystywanej literatury

w kolejnoci alfabetycznej.

W drugim rozdziale omwiono istot bada odbiorczych, ich specyfik wraz ze sposobem

interpretacji wynikw w odniesieniu do rzeczywistej konstrukcji. Zwrcono uwag na potrzeb

ujednolicenia procedur badawczych i na podzia modelu obliczeniowego w zalenoci od etapu procesu

budowlanego.

Trzeci rozdzia jest zwizym przegldem literatury zwizanej z tematem pracy. Przejrzano wyniki

bada odbiorczych rnych obiektw mostowych. Poruszono temat przepisw technicznych dotyczcych

bada odbiorczych pod prbnym obcieniem. Zwrcono uwag na znaczne rnice rzeczywistych cech

Cel i zakres pracy

1-2

betonw mostowych w stosunku do wartoci normowych oraz wpyw wsppracy wyposaenia na

rzeczywist sztywno przse. Przedstawiono problematyk tworzenia numerycznych modeli

obliczeniowych wykorzystujcych Metod Elementw Skoczonych (MES).

W czwartym rozdziale przedstawiono wasne badania terenowe oraz niszczce badania betonu,

pokazujc rozbienoci systematycznie pojawiajce si midzy modelami obliczeniowymi, a wynikami

bada rzeczywistych konstrukcji mostowych. Szczegowo omwiono wyniki omiu betonowych

ustrojw nonych oznaczonych jako typ 4, skadajcych si z szerokich belek trapezowych poczonych

pyt pomostow. Wybrany wiadukt autostradowy poddano poszerzonym badaniom odbiorczym w trzech

etapach budowy wraz z badaniami betonu.

Pity rozdzia powicony jest numerycznym modelom obliczeniowym. Zbudowano dziewi

rnych klas modeli obliczeniowych, ktrych teoretyczne wyniki ugi porwnano z wartociami

uzyskanymi podczas badania wiaduktu w pierwszym etapie jego budowy. Przeprowadzono analiz

porwnawcz otrzymanych wynikw i wytypowano adekwatny model obliczeniowy.

W szstym rozdziale przeprowadzono analiz wpywu wzrostu wytrzymaoci betonu mostowego

w okresie 28-90 dni dojrzewania w warunkach laboratoryjnych uzyskan z bada niszczcych i

otrzyman z wielu innych propozycji. Przeprowadzono j w celu prognozowania wartoci siecznego

moduu sprystoci betonu w funkcji wieku na podstawie 28-dniowej wytrzymaoci betonu i wybranie

adekwatnej propozycji.

Sidmy rozdzia zawiera analiz wpywu wyposaenia mostu na wzrost rzeczywistej sztywnoci

przse dla zaproponowania empirycznej formuy uwzgldnienia wpywu przede wszystkim pyty

chodnikowej. Przeprowadzono weryfikacj zaproponowanego wspczynnika zespolenia pyty

chodnikowej z ustrojem nonym na przykadzie omiu obiektw mostowych typu 4, speniajcych

opisany zakres stosowania.

W smym rozdziale opisano adekwatn procedur modelowania i planowania bada odbiorczych

omawianego typu obiektw mostowych opart na wieloletnich dowiadczeniach naszego zespou bada

terenowych i szczegowych analiz omwionych w poprzednich rozdziaach. Zaproponowana procedura

badawcza zostaa podzielona na trzy czci, z ktrej pierwsza dotyczy postpowania na etapie projektu

prbnego obcienia, druga cz opisuje dziaania w trakcie wykonywania badania pod prbnym

obcieniem, a trzecia cz omawia etap sprawozdania z prbnego obcienia.

W ostatnim rozdziale zebrano wnioski ze wszystkich czci pracy i podsumowano je koczc

omwieniem kierunkw dalszej pracy.

Prbne obcienia obiektw mostowych

2. PRBNE OBCIENIA OBIEKTW MOSTOWYCH

2.1 WPROWADZENIE

Niemal kadego dnia najprawdopodobniej przechodzimy lub przejedamy przez co najmniej jeden obiekt mostowy. Szybkiemu rozwojowi globalnej gospodarki towarzyszy rozwj infrastruktury drogowej. Nieodcznym elementem tej infrastruktury s midzy innymi obiekty mostowe. Bezpieczestwo uytkowe takich konstrukcji jest bardzo wane, gdy pozwala na szybk wymian handlow midzy odlegymi krajami, jak rwnie suy spoecznoci w swobodnym podrowaniu.

Rozwj techniki na przestrzeni dziejw sprawi, e od wykorzystania pooonego drzewa nad strumieniem przez Neandertalczykw (Rys. 2-1), wspczeni inynierowie przeszli do tworzenia smukych konstrukcji mostowych (Rys. 2-1) z wykorzystaniem nowoczesnych materiaw w celu pokonywania wielokilometrowych przeszkd. Mosty s dowodem, e ludzkoci zawsze nieobca bya technika. Sowa budowanie mostw, czsto uywane we wspczesnym jzyku, stay si metafor dla ludzkiej dziaalnoci czenie, a nie dzielenie, wsppraca, a nie konfrontacja, czy pomoc, a nie szkodzenie.

Rys. 2-1 Pie drzewa nad potokiem (z lewej) i wiadukt Millau we Francji (z prawej)

Kady most pokonujcy przeszkod, wykorzystuje waciwoci materiaw konstrukcyjnych w celu przyjcia i przeniesienia si, ktrym jest poddany. W przeszoci nie znano tych wartoci, wic dobranie odpowiedniej rednicy pnia drzewa do rozpitoci byo intuicyjne. Weryfikacja takiej myli technicznej odbywaa si jedynie przez bezpieczne przejcie po takiej konstrukcji. W pniejszym okresie, dziki sukcesywnemu rozwojowi myli technicznej, chcc pokonywa dusze przeszkody, zaczto wykorzystywa rne materiay i stosowa zoone schematy statyczne. Konieczne byo poznanie zachowania si wntrza konstrukcji (si wewntrznych), ktrych rdem w ustroju nonym jest ciar wasny, obcienia uytkowe oraz obcienia rodowiskowe. Kombinacja rnych typw si wewntrznych i rnych cech wytrzymaociowych materiaw skutkuje rnorodnoci oraz zoonoci zastosowanej konstrukcji. Najpeniejsze rozpoznanie rzeczywistej pracy prototypowych systemw, nowych obiektw, jak rwnie przebudowywanych lub eksploatowanych daj badania in situ, a w szczeglnoci prbne obcienie.

2-1


2.2 OMWIENIE BADA MOSTW POD PRBNYM OBCIENIEM

2.2.1 Istota bada odbiorczych

Badania s integraln czci kadego rozwoju, gdy pozwalaj zweryfikowa postawione hipotezy. Jednym z rodzajw takich bada s prbne obcienia mostw. Zwyczaj ich przeprowadzania jest bardzo stary. Pod maksymalnie obcionym obiektem sta jego budowniczy, ktry gwarantowa swoj obecnoci przyjcie waciwego rozwizania konstrukcyjnego. Badania takie miay due znaczenie psychologiczne. Mosty byy niegdy dziedzin wiedzy o duym stopniu wtajemniczenia dostpnego dla nielicznych. Budowniczowie mostw podejrzewani byli o kontakty z magi. Przekraczanie szerokich rzek such stop traktowano za zadanie niebezpieczne. Dlatego budowniczy pod obiektem dawa wiadectwo swej odwagi oraz okazywa ufno swemu dzieu.

W przeszoci prbne obcienia przeprowadzano bez dodatkowych pomiarw. Takie badanie nie informowao w peni o przydatnoci eksploatacyjnej i bezpieczestwie mostu, jak rwnie nie ujawniao istniejcych zapasw bezpieczestwa. W celu bliszej oceny rzeczywistych cech obecnie budowanych mostw, naley wykona w trakcie takiego obcienia pomiary midzy innymi przemieszcze i odksztace, ewentualnego rozwarcia rys, czstoci i amplitud drga oraz okrelenie rzeczywistych waciwoci zastosowanego materiau. Otrzymane wyniki przy porwnaniu z wartociami wyznaczonymi analitycznie daj peny obraz rzeczywistego zachowania si konstrukcji oraz weryfikuj model obliczeniowy.

Oprcz moliwoci porwnania wynikw teoretycznych z rzeczywistymi, prbne obcienia powinny mie za zadanie:

ocen poprawnoci wykonania caej konstrukcji,

ocen rzeczywistego stanu badanego obiektu,

ujawnienie ukrytych wad konstrukcyjnych,

dostosowanie konstrukcji do wymaga eksploatacyjnych poprzez dopasowanie ustroju nonego do oysk, likwidacj luzw w poczeniach poprzez wywoanie trwaych odksztace,

sporzdzenie sprawozdania z prbnego obcienia, ktre w trakcie uytkowania suy bdzie, jako podstawa porwna (stan pocztkowy) w metryce obiektu, przy ewentualnych badaniach eksploatacyjnych.

Otrzymane w trakcie budowy mostu wyniki bada wytrzymaociowych ulegaj zmianie w okresie eksploatacji, szczeglnie w przypadku konstrukcji betonowych. Zmiany te mona stosunkowo atwo wychwyci w badaniach kontrolnych, wykonywanych w czasie uytkowania mostu poprzez porwnanie otrzymanych wartoci z uzyskanymi z bada przeprowadzonych w trakcie prbnego obcienia. Badania odbiorcze mostowych ustrojw nonych, dziki sporzdzeniu wymienionej bazy, rejestruj odpowiednie mierniki dotyczce rzeczywistej konstrukcji, ktre s przydatne do oceny bezpieczestwa mostu w czasie uytkowania.

Dodatkowo, przy jednakowych procedurach przeprowadzania prbnych obcie, mona gromadzi, i systematyzowa informacje o zachowaniu si rnych rodzajw ustrojw nonych. Utworzona w ten sposb baza danych zawiera cenne informacje o rzeczywistej pracy konstrukcji. W przyszoci moe by wykorzystywana przez inspektorw mostowych, jak rwnie osb wykonujcych ekspertyzy.

Prbne obcienia wykorzystywane s rwnie przy ocenie nonoci istniejcych mostw. Gdy sytuacja wymaga, aby po okrelonej trasie przeprowadzi ruch pojazdw o adunku nienormatywnym, w sposb dowiadczalny okrela si nono konstrukcji na niej wystpujcych. Badanie sprawdzajce odbywa si przez stopniowe zwikszanie obcienia do wartoci z gry ustalonej. Gdy obiekt nie wykazuje niepokojcych zachowa (np. rysy) lub uszkodze, takie obcienie traktowane jest jako bezpieczne. Warto tego obcienia podzielona przez odpowiedni wspczynnik bezpieczestwa staje si dopuszczalnym adunkiem do transportowania po mocie. Takie badanie jest jednak ryzykowne z

2-2


uwagi na moliwo uszkodzenia konstrukcji, dlatego wane jest due dowiadczenie i wiedza prowadzcego eksperyment.

Innym celem przeprowadzania prbnych obcie jest weryfikacja zaoonego sposobu wzmocnienia przebudowywanych obiektw mostowych. Po wykonaniu remontu obiektu, dziki ktremu nastpio wzmocnienie konstrukcji, naley przeprowadzi badanie pod prbnym obcieniem. Wyniki takich bada potwierdzaj lub nie efektywno zastosowanego wzmocnienia, ktre czsto z przyczyn technicznych jest nietypowe.

Jak wida, prbne obcienia mostw maj wiele zalet i szeroki zakres zastosowania, ktre dziki otrzymanym wynikom pozwalaj lepiej zrozumie rzeczywisto i zweryfikowa teoretyczne modele obliczeniowe.

2.2.2 Przepisy regulujce badania mostw pod prbnym obcieniem

Obecnie w Polsce obowizuj trzy normy odbiorcze[125][127][128], omawiajce wymagania dotyczce elementw i konstrukcji mostowych. Podaj metody bada kontrolnych oraz odbiorczych w zalenoci od rodzaju zastosowanego materiau konstrukcyjnego. S to:

mosty stalowe: PN-89/S-10050 Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Wymagania i badania,

mosty betonowe: PN-99/S-10040 Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, elbetowe i sprone. Wymagania i badania,

mosty drewniane: PN-92/S-10080. Obiekty mostowe. Konstrukcje drewniane. Wymagania i badania.

W wymienionych normach prbne obcienie traktowane jest jako jedno z wielu bada odbiorczych. Dokumenty te dotycz wszystkich obiektw mostowych niezalenie od funkcji, jakie speniaj i jednostek je administrujcych.

Dodatkowo od padziernika 2008 roku wprowadzono zarzdzenie [165] obejmujce wszelkie drogowe obiekty mostowe znajdujce si na drogach krajowych:

Zarzdzenie nr 35 Generalnej Dyrekcji Drg Krajowych i Autostrad w sprawie wprowadzenia zalece dotyczcych wykonywania bada pod prbnym obcieniem drogowych obiektw mostowych.

Dokument ten jest uzupenieniem norm odbiorczych i pewnym uszczegowieniem procedur przeprowadzania takich bada, lecz w moim odczuciu niewystarczajcym dla ujednolicenia procedur badawczych wykonywanych przez rne jednostki naukowe.

Poniewa w mojej pracy szczegowo zajmuj si badaniami mostw z betonu spronego, omwienie obowizujcych przepisw ogranicz do normy [127] i zarzdzenia [165].

2.2.2.1 Norma PN-99/S-10040 Betonowe obiekty mostowe podczas prbnego obcienia mog by obciane statycznie lub

statycznie i dynamicznie (Rys. 2-4). Prbnemu obcieniu statycznemu zgodnie z [127] naley podda:

wszystkie obiekty o konstrukcji prototypowej,

wszystkie przsa mostw kolejowych,

wszystkie przsa typowe mostw drogowych o rozpitoci powyej 20,00 m,

wszystkie obiekty przebudowywane lub wzmacniane, jeeli przebudowa lub wzmocnienie dotyczyy konstrukcji nonej, lub nastpia zmiana warunkw pracy mogca mie wpyw na nono i jako obiektu,

inne obiekty na yczenie inwestora lub uytkownika.

2-3


Prbnemu obcieniu dynamicznemu mostw betonowych [127] naley podda:

wszystkie przsa mostw kolejowych o rozpitoci przsa powyej 15,00 m,

inne obiekty na yczenie inwestora lub uytkownika.

Rys. 2-2 Prbne obcienie statyczne (z lewej) i dynamiczne (z prawej)

Norma [127] nie wymaga przeprowadzania prbnych obcie betonowych kadek dla pieszych, z wyjtkiem wskazanych przez inwestora lub uytkownika.

Prbnym obcieniom zgodnie z [127] poddawane s konstrukcje none obiektw mostowych, ktrym towarzyszy badanie osiada podpr. Obiekty nowe naley poddawa obcieniu bezporednio po ich wykonaniu i po osigniciu przez beton wytrzymaoci charakterystycznej, czyli co najmniej po 28 dniach od betonowania.

Prbne obcienie obiektw drogowych wedug [127] powinno wywoywa skutki od 75 % do 100 % skutkw obcienia normowego charakterystycznego okrelonej klasy, przy jego najniekorzystniejszym ustawieniu. Obcienie wywoujce skutki poniej 75 % skutkw obcienia charakterystycznego okrelonej klasy normy nie moe by traktowane jako prbne obcienie obiektu.

Badania w czasie prbnego obcienia [127] obejmuj:

obmiar podstawowych elementw konstrukcji nonej,

badania betonu w konstrukcji,

ogldziny konstrukcji przed obcieniem i odnotowanie jej stanu ze szczeglnym zwrceniem uwagi na rysy, pknicia i raki,

pomiary w czasie prbnego obcienia,

ogldziny konstrukcji w czasie prbnego obcienia i odnotowanie takich zjawisk jak: rysy, pknicia i wykruszenia,

ogldziny konstrukcji po zakoczeniu prbnego obcienia obiektu.

Po badaniu wedug [127] dokonuje si analizy wynikw w nawizaniu do rzeczywistych wymiarw konstrukcji i rzeczywistej jakoci betonu oraz sporzdza wnioski dotyczce oddawanego do eksploatacji obiektu.

Pomiary ugi (przemieszcze) zgodnie z [127] s podstawowym rodzajem pomiarw w czasie prbnego obcienia statycznego, ktre po uwzgldnieniu wartoci trwaych su porwnaniu z wielkociami obliczonymi. Takie pomiary tworz podstaw do odtworzenia odksztaconej przestrzeni konstrukcji i wycignicia wnioskw o jej rzeczywistej pracy.

2-4


2.2.2.2 Zarzdzenie nr 35 GDDKiA W dokumencie tym przedstawiono zalecenia dotyczce wykonywania bada pod prbnym

obcieniem drogowych obiektw mostowych na podstawie dowiadcze krajowych i zagranicznych. Zalecenia [165] uwzgldniaj zasady bada przedstawione w [125] i [127], stanowic ich uzupenienie. Odnosz si do nowych konstrukcji mostowych przed ich przekazaniem do uytkowania jak i do oceny nonoci istniejcych obiektw.

Podstawowy zakres stosowania zalece [165] to badania odbiorcze, ktre maj na celu weryfikacj modelu obliczeniowego konstrukcji i potwierdzenie projektowanych zapasw bezpieczestwa. Drugi zakres stosowania zarzdzenia [165] dotyczy diagnostyki istniejcych obiektw, ktre dziki prbnym obcieniom pozwalaj dowiadczalnie okreli dozwolone obcienie oraz nono obiektw mostowych.

Z uwagi na cel przeprowadzania bada obiektw istniejcych rozrniono nastpujce ich rodzaje:

uzupeniajce obcienia prbne,

sprawdzajce obcienia prbne.

Uzupeniajce obcienia prbne przeprowadza si, gdy zachodz wtpliwoci zwizane z analiz obliczeniow konstrukcji lub przyjtego do oblicze modelu obliczeniowego, dostarczajc cennych informacji o rzeczywistym rozkadzie obcienia na poszczeglne elementy konstrukcyjne. Diagnozowanie konstrukcji z uyciem uzupeniajcych prbnych obcie przedstawiono w 14 krokach postpowania tworzc w ten sposb uporzdkowan procedur badania.

W przypadku sprawdzajcych obcie prbnych, gwnym celem zgodnie z [165] jest dowiadczalne znalezienie wielkoci obcienia o maksymalnych bezpiecznych wartociach. Tu rwnie przedstawiono w 12 krokach postpowanie w diagnozowaniu konstrukcji z uyciem sprawdzajcych prbnych obcie.

Obcienia prbne obiektw nowych (odbiorcze obcienie prbne) opisane w [165] w wikszoci pokrywa si z opisan wczeniej norm [127]. W zarzdzeniu tym za gwny cel prbnych obcie uznano weryfikacj modelu obliczeniowego konstrukcji i potwierdzenie projektowanych, normowych zapasw bezpieczestwa.

Tak jak w normach [125] i [127], zarzdzenie zakada dopuszczalne pozostaoci trwae po odcieniu o wartociach poniej:

dla konstrukcji elbetowych 20% wartoci cakowitych,

dla konstrukcji z betonu spronego 10% wartoci cakowitych,

dla konstrukcji stalowych 15% wartoci cakowitych,

dla konstrukcji zespolonych 20% wartoci cakowitych.

20 10 15 20

8080

8590

konstrukcjeelbetowe

konstrukcjesprone

konstrukcjestalowe

konstrukcjezespolone

Ugiciaprzsa[%]

Dopuszczalneugiciatrwae

Ugiciatrwae Ugiciaspryste

Rys. 2-3 Dopuszczalne ugicia trwae w rnych konstrukcjach mostowych

2-5


2-6

Ilustracj wyznaczajc pomiar przemieszcze pionowych przedstawiono poniej:

Rys. 2-4 Wyznaczanie ugi z pomiarw przemieszcze pionowych

Na podstawie zmierzonych przemieszcze cakowitych obcianego przsa (P) oraz osiada

cakowitych podpr (c1 i c2), oblicza si ugicia cakowite (Uc) z nastpujcego wzoru:

= 0,5

+ ) (2-1)

Ugicia spryste (Us) po uwzgldnieniu osiada trwaych podpr (t1 i t2) i ugi trwaych przsa

(Ut) zgodnie z zapisem:

= (2-2)

Przekroczenie podanych powyej pozostaoci trwaych (Ut) traktuje si za anomali, ktr naley

przeanalizowa i wyjani. Zarzdzenie [165] dopuszcza w takich przypadkach warunkowe odebrania,

nakazujc dugotrwa obserwacj i pomiary cznie z cigym monitoringiem.

W zarzdzeniu zaleca si analiz teoretyczn konstrukcji w oparciu o dane z dokumentacji

powykonawczej z uwzgldnieniem rzeczywistych staych materiaowych okrelonych w wyniku atestw

materiaowych (stal) lub bada laboratoryjnych (beton). Podano rwnie zakres uwzgldniania efektw

nieliniowych, reologicznych oraz drugorzdnych w analizie teoretycznej.

Podano program bada, plan realizacji pod prbnym obcieniem zmieniajc okres prbkowania z

15 minut wedug normy [127] do 5-10 minut przy odczytach rcznych.

Uwzgldniono aspekt ekonomiczny przeprowadzania badan pod prbnym obcieniem,

dopuszczajc dla obiektw o duej iloci przse ograniczenie schematw obcienia. Zgodnie z [165]

ograniczenie to moe mie miejsce w przypadku przse identycznych z uwagi na ich konstrukcj i

sposb wykonania. Minimalna liczba identycznych przse do obcienia nie moe by mniejsza od

dwch i zapewnia wywoanie reprezentatywnych si wewntrznych przsowych i podporowych w

zakresie okrelonym w planie prbnego obcienia.

Wymaga si rwnie, aby w czasie bada odbiorczych konstrukcji betonowych, konstrukcja nie bya

pokryta powokami ochronnymi.

W zarzdzeniu podano kryteria, ktre musi spenia jednostka badawcza, narzucajc obowizek

posiadania systemu jakoci oraz akredytacji. Przedstawiono rwnie uwagi dotyczce systemu jakoci,

metod badawczych oraz sposobu przedstawienia wynikw bada pod prbnym obcieniem.

2.2.3 Wasne uwagi odnonie do prbnych obcie

Przy analizie wynikw prbnego obcienia czsto znacznie mniejsze od teoretycznych wyniki

bada s traktowane jako rezerwa nonoci. Jest to pogld niesuszny.


Znaczne rozbienoci midzy teori, a badaniami s znakiem przyjcia bdnego modelu do bada.

Ocena rezerw jest rzecz wtrn. Powinna polega na porwnaniu modeli z projektowania i przyjtego do bada. Nie zawsze model z projektowania jest po stronie bezpiecznej. A nawet jeli jest, wana jest znajomo dodatkowych skadnikw modeli. Nie wszystkie mog podlega ekstrapolacji w stron analizy zniszczenia. Niektre mog by nietrwae, podlegajc starzeniu (np. kapa chodnikowa) lub o wpywie nieliniowym na rezerwy nonoci (np. nawierzchnia).

W pracy wprowadzono podzia modelu obliczeniowego w zalenoci od etapu jego budowy na trzy modele. Model Projektu Budowlanego (MPB) wykonywany jest przez projektanta na etapie projektowania w oparciu o cechy materiaowe zgodnie z obowizujcymi normami [122], [126]. Model Obcienia Prbnego Wstpny (MOPW) buduje si przy tych samych zaoeniach normowych, co (MPB), na etapie projektu prbnego obcienia przez zesp badawczy. Model Obcienia Prbnego Zweryfikowany (MOPZ) uwzgldnia wyniki z prbnych obcie oraz wartoci rzeczywistych cech betonu w oparciu o badania niszczce otrzymane z laboratorium betonu.

Obecnie trwa w Polsce na niespotykan dotd skal program budowy autostrad, ktrych odcinki sukcesywnie s lub bd oddawane do eksploatacji. Dua liczba obiektw autostradowych znajdujca si na nich poddawana jest badaniom pod prbnym obcieniem. Zarzdzajcymi tymi procesami budowlanymi jest Generalna Dyrekcja Drg Krajowych i Autostrad, ktra wymaga wykonywanie bada opartych na normach [125] i [127] oraz dodatkowo zgodnie z wprowadzonymi zaleceniami [165].

Poprawne przygotowanie programu bada pod prbnym obcieniem nowych obiektw wraz z ich przeprowadzeniem i weryfikacj otrzymanych wynikw wymaga zastosowania ujednoliconej procedury. Pozwoli to przez rne jednostki badawcze gromadzi dane o obiektach, ktre bd przydatna w trakcie uytkowania. Dla nowych obiektw z opisanej wczenie normie [127] i zaleceniach [165] podano jedynie oglne wymaganie. Osoba przygotowujca eksperyment zgodnie z [165] powinna przeprowadzi statyczn analiz wytrzymaociow z przyjciem staych materiaowych okrelonych w wyniku bada. Z mojego dowiadczenia wiem, e wykonanie projektu prbnego obcienia odbywa si na kilka tygodni do kilku miesicy przed samym badaniem. Autor takiego opracowania nie zna wynikw niszczcych betonu zastosowanego na ustrj nony i moe jedynie przyj w analizie projektowane cechy, ktre podane s w normie obliczeniowej [126]. Jednak rzeczywista wytrzymao betonu jak rwnie modu sprystoci znacznie rni si od podanych w normie [126]. Takie podejcie jest wic nieadekwatne. Moim zdaniem, projekt prbnego obcienia wrcz naley opracowa z zastosowaniem projektowych cechy betonu, gdy mamy wwczas porwnanie z wynikami analizy przeprowadzonej przez projektanta. Dopiero po przeprowadzonych badaniach pod prbnym obcieniem, znajc wyniki laboratoryjne bada oraz czas od betonowania do samego badania, uwzgldniamy te czynniki. Pozwala to podczas sprawozdania z prbnego obcienia uwzgldni rzeczywiste cechy betonu. Obliczanie prognozowanych cech betonu omwiona zostanie w dalszej czci pracy.

Kolejna uwaga dotyczy wpywu wyposaenia mostu. Nie podano, jak traktowa wyposaenie mostu, ktre wystpuje na obiekcie podczas przeprowadzania eksperymentu. Obecnie stosowane rozwizania np. kotwienia kap chodnikowych sprawiaj, e silnie zostaje ten element zespolony z ustrojem nonym. Efektem takiej sytuacji jest znaczne usztywnienie ustroju nonego, ktre zmniejsza mierzone ugicia konstrukcji. Idealn sytuacj byoby przeprowadzenie prbnego obcienia w takim etapie budowy, gdzie jeszcze brak elementw wyposaenia, a badanie wykonujemy po 28 dniach od betonowania. Jest to jednak w wikszoci przypadkw niemoliwe z przyczyn technicznych (np. brak nasypw) i organizacyjnych (terminy synchronizujce specjalistyczne brygady podwykonawcw). Aspekt zwizany z okreleniem wpywu wyposaenia na podstawie rzeczywistych bada mostu w trakcie jego budowy jest rwnie przedmiotem tej pracy.

Problem wystpuje take podczas tworzenia adekwatnego modelu obliczeniowego. Kady z dokumentw [127] i [165] przytacza zdanie, e prbne obcienie ma na celu midzy innymi zweryfikowa model obliczeniowy. Model taki skada si z modelu geometrii, modelu obcienia i modelu materiau. W przypadku dwch pierwszych skadowych modelu obliczeniowego jestemy bliscy rzeczywistoci, jednak ju sam model materiau betonowych ustrojw nonych jest obarczony du niepewnoci. Zakadajc sposb uwzgldniania wyposaenia i procedur wyznaczania rzeczywistego moduu sprystoci powinnimy by spokojni o adekwatno modelu. Jednak dowiadczenie pokazuje,

2-7


e model obliczeniowy oparty na MES nie jest adekwatny do wszystkich niewiadomych, ktre wyliczamy. Zdarza si, e w celu okrelenia uoglnionych si wewntrznych model prtowy jest stosowny, lecz wyznaczone jednoczenie przemieszczenia mog by w niektrych przypadkach nieadekwatne, i na odwrt. Naley pamita, e tworzone modele obliczeniowe nie s rwnomiernie bliskie rzeczywistoci dla wszystkich poszukiwanych wartoci. Dlatego naley tworzy takie modele odnonie do konkretnych wartoci poszukiwanych majc wiadomo o mniejszej przydatnoci dla innych parametrw. W prbnych obcieniach mamy do czynienia z sytuacj, gdzie dobieramy wartoci obcienia z siami wewntrznymi w przekrojach miarodajnych, a zachowanie si takiej konstrukcji jest identyfikowane przez pomiar rzeczywistych przemieszcze. Porwnanie rnych typw modeli obliczeniowych i analiz otrzymywanych wynikw zostan omwione w pniejszej czci pracy.

Jak wida, rozbienoci wynikw teoretycznych z otrzymanymi w trakcie bada in situ ma kilka przyczyn, ktre postaram si wyjani w tej pracy proponujc procedury modelowania obiektw rzeczywistych w postaci pewnego typu konstrukcji mostowych.

2.3 SPECYFIKA BADA IN SITU OBIEKTW MOSTOWYCH

Badania in situ betonowych obiektw mostowych przeprowadza si na podstawie projektu prbnego obcienia zgodnego z normami [127] i [165]. Uwzgldniajc uwagi opisane w 2.2.3, w projekcie prbnego obcienia znamy teoretyczne ugicia badanych przse obliczone na podstawie cech betonu zgodnie z [126]. Obliczenia te rwnie nie uwzgldniaj wpywu wyposaenia, ktre w niektrych przypadkach ma istotny udzia. Takie podejcie jest uzasadnione, gdy pozwala jeszcze przed prbnym obcieniem porwna wyniki obliczone teoretycznie przez projektanta obiektu i zesp badawczy. Porwnanie tych wynikw przy tych samych zaoeniach normowych weryfikuje modele obliczeniowe przyjte przez dwie niezalene strony. Uzyskuje si w ten sposb cenne informacje o ewentualnych rnicach w wynikach oblicze jeszcze przed badaniem in situ.

Istotne znaczenie ma przeprowadzenie badania pod prbnym obcieniem, ktre przy zachowaniu odpowiedniego systemu jakoci, minimalizuje bdy pomiarowe. Weryfikacja otrzymanych wynikw bada wymaga duego dowiadczenia od zespou badawczego. Powinna uwzgldnia wszystkie czynniki, ktre wpywaj na ewentualn zmian sztywnoci rzeczywistego ustroju nonego ze sztywnoci przyjt w obliczeniach teoretycznych. Jak ju wczeniej wspomniaem, w konstrukcjach betonowych istotne jest odniesienie si do powszechnie stosowanych bada wytrzymaoci na ciskanie wykonanych po 28 dniach dojrzewania betonu. Naley rwnie uwzgldni receptur betonu, ktra poprzez midzy innymi rodzaj kruszywa i wskanik wodno cementowego wpywa na rzeczywiste waciwoci betonu. Wystpujca czsto wiksza sztywno rzeczywista przsa betonowego w stosunku do projektowanej, powinna by korygowana przez analiz wartoci moduu sprystoci normowego i rzeczywistego z bada niszczcych betonu.

Sprawozdanie z prbnego obcienia betonowych obiektw mostowych powinno zawiera porwnanie wynikw ugi teoretycznych i pomierzonych z uwzgldnieniem wpywu wieku betonu, rodzaju kruszywa oraz wsppracy wyposaenia. Oszacowanie tych wielkoci pozwala na prawidow ocen zachowania si rzeczywistego obiektu.

Z uwagi na rnorodno rozwiza betonowych ustrojw nonych, w pracy tej zajem si typowymi wiaduktami autostradowymi, ktre najliczniej wystpuj na obecnie budowanych i eksploatowanych odcinkach w Polsce. W dalszej czci pracy zostan omwione wyniki bada tych obiektw oraz szczegowe badania wybranego obiektu na etapie jego budowy.

2.4 PODSUMOWANIE

Rozdzia ten powicony by badaniom odbiorczym pod prbnym obcieniem obiektw mostowych. Omwiono w nim istot bada, genez powstania oraz rozwj zakresu bada do obecnych czasw. Porwnano obowizujc w Polsce od 1999 roku norm odbiorcz [127] z nowym Zarzdzeniem

2-8


[165], ktre weszo w ycie w 2008 roku. Przedstawiono specyfik bada oraz interpretacj wynikw w odniesieniu do rzeczywistej konstrukcji.

Prbne obcienia nowych obiektw mostw, dziki towarzyszcym im pomiarom i obserwacj, daj peny obraz rzeczywistego zachowania si konstrukcji oraz weryfikuj model obliczeniowy. Takie badanie ma za zadanie oceni poprawno wykonania caej konstrukcji i rzeczywistego stanu badanego obiektu, ujawni ewentualnie ukryte wady konstrukcyjne, dostosowa ustrj nony do wymaga eksploatacyjnych poprzez dopasowanie si do oysk oraz likwidacj luzw w poczeniach poprzez wywoanie trwaych odksztace.

Przy zachowaniu jednolitych procedur badawczych, mona gromadzi wyniki w bazie danych , ktre s odniesieniem stanu pocztkowego kadego obiektu przy ewentualnych badaniach eksploatacyjnych.

Prbne obcienia wykorzystywane s rwnie przy ocenie nonoci istniejcych mostw. Badanie sprawdzajce pozwala okreli dopuszczalny adunek do transportowania po istniejcym obiekcie. Innym celem przeprowadzania prbnych obcie jest weryfikacja zaoonych sposobw wzmacniania przebudowywanych obiektw mostowych.

Obowizujce rwnolegle ze sob norma [127] i zarzdzenie [165] w wikszoci pokrywaj si co do wymaga i zalece. W zarzdzeniu dodatkowo wymaga si przeprowadzanie bada dynamicznych dla wszystkich badanych obiektw, nie dopuszcza si do badania konstrukcji betonowych pokrytych powokami malarskimi oraz zaleca si maksymalny okres prbkowania co 5-10 minut przy odczytach rcznych. Dokument [165] uwzgldnia aspekt ekonomiczny dopuszczajc ograniczenie bada identycznych przse do minimum dwch, ktre zapewniaj wywoanie reprezentatywnych si wewntrznych. Zarzdzenie [165] dopuszcza w przypadku przekroczenia ugi trwaych na warunkowe odebranie obiektu narzucajc cig obserwacj wraz z monitoringiem. Przedstawiono rwnie uwagi dotyczce systemu jakoci, metod badawczych oraz sposobu przedstawienia wynikw bada pod prbnym obcieniem narzucajc obowizek posiadania systemu jakoci oraz akredytacji.

W rozdziale zwrcono uwag na potrzeb ujednolicenia procedur badawczych. Zaproponowano wykonywanie projektw prbnych obcie z przyjciem normowych cech materiau, co umoliwia porwnywanie wynikw na modelach obliczeniowych wykonanych przez projektanta i zesp badawczy. Analiza wynikw ugi teoretycznych i rzeczywistych powinna uwzgldnia poza wiekiem betonu i rodzajem kruszywa, wpyw wyposaenia, ktre w niektrych przypadkach jest znaczce.

Wprowadzono podzia modelu obliczeniowego w zalenoci etapu jego budowy na trzy modele. Model Projektu Budowlanego (MPB) wykonywany jest przez projektanta na etapie projektowania w oparciu o cechy materiaowe zgodnie z obowizujcymi normami [122], [126]. Model Obcienia Prbnego Wstpny (MOPW) buduje si przy tych samych zaoeniach normowych, co (MPB), na etapie projektu prbnego obcienia przez zesp badawczy. Model Obcienia Prbnego Zweryfikowany (MOPZ) uwzgldnia wyniki z prbnych obcie oraz wartoci rzeczywistych cech betonu w oparciu o badania niszczce otrzymane z laboratorium betonu.

Z uwagi na rnorodno rozwiza konstrukcyjnych i specyfik bada in situ betonowych ustrojw nonych, wytypowano do szerszego zakresu bada na etapie budowy typowy betonowy obiekt autostradowy, ktrego wyniki z oszacowaniem wpyww wzrostu rzeczywistej sztywnoci przse zostan omwione w dalszej czci pracy.

2-9

Przegld literatury

3-1

3. PRZEGLD LITERATURY

3.1 UWAGI OGLNE

Postawiona teza rozprawy wraz z przyjtymi przez autora celami pracy, obejmuje zrnicowany obszar wiedzy. Dotyczy czci teoretycznej i badawczej. Przede wszystkim jest prb dowiadczalnego wyjanienia rnic teoretycznych i rzeczywistych, wystpujcych w procesie prbnych obcie mostw. Z tego wzgldu zwizana jest z wieloma zagadnieniami, miedzy innymi szeroko rozumian teori betonu, wynikami jego bada, a take praktycznym stosowaniem w oddawanych obecnie w Polsce betonowych wiaduktw autostradowych. Kolejnym zagadnieniem s teoretyczne modele numeryczne, na podstawie ktrych wspczeni inynierowie wykonuj obliczenia statyczne w praktyce inynierskiej, poszukujc z pord wielu sposobw odwzorowania rzeczywistego przsa adekwatnego modelu obliczeniowego dla wybranego typu obiektu. Nastpnym zagadnieniem s rzeczywiste rozwizania konstrukcyjne, wystpujce na tych obiektach i ich wpyw na rzeczywist sztywno. Wystpujce wtpliwoci potwierdzone s rzeczywistymi wynikami bada pod prbnym obcieniem przeprowadzone przez autora i tymi opisanymi w literaturze.

Przedstawiony obszaru wiedzy w trakcie pisania pracy by poznawany przede wszystkim z wykorzystaniem literatury krajowej i obcej. Dodatkowo dziki obecnemu rozwojowi Internetu, to rdo informacji umoliwiao dostp do wiedzy.

Na potrzeby niniejszej pracy uporzdkowano zgromadzon literatur w zbudowanej bazie danych, gdzie kadej pozycji odpowiadao sowo kluczowe wraz z krtkim streszczeniem. W tekcie rozprawy zestawiono tylko te pozycje, na ktre powoywano si w trakcie pisania, uznajc je za istotne.

Zagadnienie stanowice tez rozprawy nie zostao znalezione w pozycjach literatury. W przedstawionych tutaj pozycjach zawarte s raczej zagadnienia pomocnicze w przedstawionych zakresach tematycznych. Poniej omwiono je w takim wanie ujciu.

Przegld literatury przedstawiono wedug nastpujcych sw kluczowych:

normy i przepisy,

prbne obcienia,

modele obliczeniowe,

teoria betonu,

modu sprystoci betonu,

wyposaenie mostw,

badania.

3.2 OMWIENIE NAJWANIEJSZYCH OPRACOWA WEDUG SW KLUCZOWYCH

3.2.1 Normy i przepisy

Przedstawione w pracy wyniki bada pod prbnym obcieniem przeprowadzono zgodnie z obowizujcymi normami odbiorczymi: [125] (obiekty stalowe) i [127] (obiekty betonowe). Dodatkowo wprowadzony od padziernika 2008 roku przepis [165], ktry jest uzupenieniem wymienionych norm i dotyczy drogowych obiektw mostowych znajdujcych si na drogach krajowych, by uwzgldniany w badaniach pod prbnym obcieniem. Z uwagi na brak jeszcze ujednoliconych norm odbiorczych obiektw mostowych, w innych krajach europejskich obowizuj odrbne przepisy, w ktrych opisane s zalecenia i sposb przeprowadzania takich bada. Przykadem jest dokument [82] wprowadzony w

Przegld literatury

padzierniku 2006 we Francji. Zawiera obszerne informacje dotyczce zakresu bada, ich organizacji, analizy obliczeniowej, pomiarw i prezentacji wynikw oraz standardowych programw bada.

W projektach prbnych obcie do oblicze statycznych wykorzystano nastpujce normy: [123] (obcienia obiektw mostowych), [126] (projektowanie obiektw betonowych) i [122] (projektowanie obiektw stalowych).

Badania betonu przeprowadzono z uwzglednieniem nowej normy PN-EN 206-1 [116], ktra w niedugim czasie zastpi jeszcze obowiazujc i stosowan rwnolegle przez producentw betonu norm PN-88/B-06250 Beton zwyky [124]. Do bada betonu pobierano prbki walcowe zgodnie z wymaganiami zawartymi w czci 1 normy [117], gdzie opisano sposb napeniania i zagszczania mieszanki. Cz pielgnowanych prbek betonu przechowywana bya do czasu badania w wodzie wedug wymaga normy [118]. Badania niszczce w prasie wytrzymaociowej wykonywano zgodnie z zaleceniami czci 3 normy [119].

Przedstawiona w rozdziale 8 procedura badawcza zawiera terminy zgodne z norm PN-EN ISO/IEC 17025 [120] i definicje zgodne z norm PN-EN ISO 9000 [121] , w celu zapewnienia przez jednostk wykonujc badania systemu jakoci. Zgodnie z przepisami [165], system jakoci musi by akredytowany przez jednostk akredytacyjn, upowanion na terenie Polski do akredytacji laboratoriw badawczych. Zesp Bada Terenowych, wydzielony w Katedrze Drg i Mostw Poliotechniki lskej wprowadzi taki system jakoci, a w najbliszym czasie ubiega bdzie si o akredytacj.

Tab. 3-1 Uproszczony raport z bazy zgromadzonej literatury (normy i przepisy)

ID X Lp Nazwiska Tytu Publikacja Rok Forma Klucze142 o 82 Loading Loading tests on road bridges and footbridges The Technical Department for Trans 2006 ksero norma150 o 116 PN-EN 206-1:20 PN-EN 206-1:2003 Beton Cz 1: Wymagania, waciwoci, produkcja i zgodno 2003 ksero norma160 o 117 PN-EN 12350-1: PN-EN 12350-1:2001 Badania mieszanki betonowej. Cz 1:Pobieranie prbek 2003 ksero norma161 o 118 PN-EN 12390-2: PN-EN 12390-2:2001 Badanie betonu. Cz 2. Wykonywanie i pielgnacja prbek d 2003 ksero norma168 o 119 PN-EN 12390-3: PN-EN 12390-3:2001 Badanie betonu. Cz 3. Wytrzymao na ciskanie prbek 2003 ksero norma179 o 120 PN-EN ISO/IEC PN-EN ISO/IEC 17025 : 2001 Oglne wymagania dotyczce laboratoriw badawczyc 2001 ksero norma180 o 121 PN-EN ISO 9000PN-EN ISO 9000:2006 Systemy zarzdzania jakoci Podstawy i terminologia 2006 ksero norma120 o 122 PN-82/S-10052 PN-82/S-10052 Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Projektowanie 1982 ksero norma151 o 123 PN-85/S-10030 PN-85/S-10030 Obiekty mostowe Obcienia 1985 ksero norma163 o 124 PN-88/B-06250 PN-88/B-06250 Beton zwyky 1988 ksero norma148 o 125 PN-89/S-10050 PN-89/S-10050 Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Wymagania i badania. 1989 ksero norma121 o 126 PN-91/S-10042 PN-91/S-10042 Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, elbetowe i sprone. Proj 1991 ksero norma122 o 127 PN-S-10040/199PN-S-10040/1999 Obiekty mostowe. Konstrukcje betonowe, elbetowe i sprone. W 1999 ksero norma195 o 128 PN-92/S-10080 Obiekty mostowe. Konstrukcje drewniane. Wymagania i badania 1992 ksera norma123 o 134 Rozporzdzenie Rozporzdzenie Ministra Transportu i Gospodarki Morskiej z dnia 30 maja 2000 r. w 2000 ksero norma141 o 165 Zarzdzenie nr 3 Zarzdzenie nr 35 GDDKiA z dnia 12 sierpnia 2008 roku w sprawie zalece dotyczc GDDKiA 2008 ksero norma

3.2.2 Prbne obcienia

Badania pod prbnym obcieniem mostw maj wiele zalet i szeroki zakres zastosowania. W wielu pracach [54] [55] [68] [83] [100] [136] [137] [138] [139] autorzy omawiaj istotn tych bada. Dziki otrzymanym wynikom [12] [13] [17] [24] [31] [42] [51] [74] [86] [91] [92] [105] [145] [169] mona lepiej zrozumie rzeczywisto i zweryfikowa teoretyczne modele obliczeniowe. W przypadku obiektw o duych rozpitociach uzyskuje si du zgodno wynikw teoretycznych i rzeczywistych [7] [8] [9] [10] [11] [16] [29] [30] [66] [77] [97] [110].

Obecnie podczas prbnych obcie statycznych do pomiaru przemieszcze przse najczciej uywa si sprawdzone w praktyce czujniki zegarowe lub czujniki indukcyjne. Jednak dziki rozwojowi nowych technologii prbuje si wykorzystywa inne metody pomiarowe. Autorzy pracy [14] opisuj metod laserow pomiaru statycznego i dynamicznego przemieszcze duych konstrukcji mostowych, gdzie najczciej warunki terenowe uniemoliwiaj wykorzystanie typowych metod. Innym sposobem pomiaru przemieszcze moe by wykorzystanie metody fotogrametrycznej [47] lub kamery cyfrowej [111]. Eksperymentalne metody wykorzystywane w konstrukcjach inynierskich przedstawia autor pracy [81].

3-2

Przegld literatury

Spostrzeenia z bada pod prbnym obcieniem wraz z wystpujcymi rozbienociami midzy modelami obliczeniowymi, a rzeczywistym zachowaniem si konstrukcji zawarte s w pracach [15] [72] [85] [96] [104]. Prby okrelenia czynnikw wpywajcych na wzrost rzeczywistej sztywnoci przse betonowych podejmowane byy w nastpujcych pozycjach [87] [88] [89] [90] [93].

Tab. 3-2 Uproszczony raport z bazy zgromadzonej literatury (prbne obcienia)

ID X Lp Nazwiska Tytu Publikacja Rok Forma Klucze45 o 7 Bie J., AdamcewBadania wschodniej konstrukcji nowego mostu Warszawskiego we Wrocawiu Wrocawskie Dni Mostowe, Mosty sta2008 ksika prbne obc46 o 8 Bie J., BanakiewBadania mostu Grunwaldzkiego we Wrocawiu pod obcieniem eksploatacyjnym Wrocawskie Dni Mostowe, Mosty sta2008 ksika prbne obc89 o 9 Bie J., Kmita J. Prbne obcienia mostu autostradowego przez Wis koo Torunia Inynieria i Budownictwo 9/1999 1999 artyku prbne obc81 o 10 Bie J., Kmita J.,Nowy most drogowy przez Wis w Wyszogrodzie - prbne obcienia konstrukcji Inynieria i Budownictwo 9/2000 2000 artyku prbne obc85 o 11 Bie J., Kmita J.,Badania mostu witokrzyskiego przez Wis w Warszawie Inynieria i Budownictwo 3-4/2002 2002 artyku prbne obc86 o 12 Bie J., Kmita J.,Obcienia prbne wiaduktw ukowych nad autostrad A4 Inynieria i Budownictwo 6/2002 2002 artyku prbne obc90 o 13 Bie J., Kmita J.,Statyczne i dynamiczne badania zespolonych konstrukcji mostowych Konferencja: Badania materiaw bud2004 artyku prbne obc84 o 14 Bie J., Rawa P. Laserowe pomiary statycznych i dynamicznych przemieszcze duych konstrukcji moInynieria i Budownictwo 3-4/2002 2002 artyku prbne obc83 o 15 Bie J., Rawa P. Prbne obcienia autostradowych obiektw mostowych Inynieria i Budownictwo 11/2001 2001 artyku prbne obc88 o 16 Bie J., Rawa P. Obwodnica rdmiejska Wrocawia - wybrane aspekty prbnych obcie obiektw mInynieria i Budownictwo 1-2/2004 2004 artyku prbne obc92 o 17 Bie J., Rawa P. Badania zarysowanej konstrukcji wiaduktu autostradowego Konferencja: Badania materiaw bud2004 artyku prbne obc96 o 24 Burdet O., CothaStatic and dynamic load testing of Swiss bridges International Bridge Conference, Wa1994 referat prbne obc87 o 29 Chrcielewski J Badania mostu III Tysiclecia im. Jana Pawa II w cigu Trasy Sucharskiego w Gda Inynieria i Budownictwo 12/2002 2002 artyku prbne obc42 o 30 Chrcielewski J Prbne obcienie mostu przez Wis w Puawach Wrocawskie Dni Mostowe, Mosty sta2008 ksika prbne obc44 o 31 Chrcielewski J Arch bridges under test loadings Journal of KONES 2008, Vol. 15, No2008 ksika prbne obc97 o 42 Fryba L., Pirner MLoad tests and modal analysis of bridges Engineering Structures 23 (2001) 102001 artyku prbne obc77 o 47 Grko M., Lacho Okrelenie ugi elementw elbetowych metod fotogrametryczn Inynieria i Budownictwo 3/2000 2000 artyku prbne obc101 o 50 Hartley M.J., PavInvestigation of pedestrian walking loads on a cable stayed footbridge using modal tesIMAC-XVII Proceedings 1999 referat prbne obc93 o 51 Hassan M., BurdAnalysis and Evaluation of Bridge Behavior Under Static Load Testing Leading to BetFourth International Bridge Engineer 1995 artyku prbne obc125 o 54 Hoowaty J. Prbne obcienie jako element diagnostyki obiektu mostowego I Sympozjum Diagnostyka i badania 2001 referat prbne obc137 o 55 Hoowaty J. Sposb oceny rezerw nonoci starych mostw dwigarowych II Sympozjum Diagnostyka i badania 2003 referat prbne obc129 o 66 Karlikowski J., StBadania mostu zespolonego pod prbnym obcieniem statycznym i dynamicznym II Sympozjum Diagnostyka i badania 2003 referat prbne obc104 o 68 Kawecki J. Perspektywy rozwoju diagnostyki budowli Inynieria i Budownictwo 9/1998 1998 artyku prbne obc128 o 72 Kmita J., KamisProblemy prbnych obcie budowli mostowych Prace Naukowe Instytutu Inynierii L 1975 referat prbne obc105 o 74 Ko W.J., Hung CExtraction of structural system matrices from an identified state-space system using Journal of Sound and Vibration (20022002 artyku prbne obc48 o 77 Kuawa M., CruzAnalysis and fatigue evaluation of Pinhao Bridge in Portugal Wrocawskie Dni Mostowe, Mosty sta2008 ksika prbne obc106 o 81 Liang D. CIE 616 - Experimental methods in structure engineering University at Buffalo, 1999 1999 ksika prbne obc130 o 83 agoda M. Zagadnienia prbnych obcie w diagnostyce mostw II Sympozjum Diagnostyka i badania 2003 referat prbne obc165 o 84 agoda M., Wier Nowe stale konstrukcyjne dla mostownictwa Wrocawskie Dni Mostowe, Mosty sta2008 ksika prbne obc27 o 85 aziski P. Rzeczywista sztywno konstrukcji przsa w prbnych obcieniach Wrocawskie Dni Mostowe, Technolo2006 ksika prbne obc28 o 86 aziski P. Dowiadczalna identyfikacja waciwoci dynamicznych trzech rnych konstrukcji mWrocawskie Dni Mostowe, Kadki dl 2007 ksika prbne obc31 o 87 aziski P. Wsppraca pyty chodnikowej z betonowym ustrojem nonym V Oglnopolska Konferencja Mostow2008 ksika prbne obc32 o 88 aziski P. Rzeczywista sztywno dwubelkowych trapezowych mostw betonowych Badania statutowe BK-247/RB-3/2002006 ksero prbne obc33 o 89 aziski P. Wyznaczenie rzeczywistych czasowych rozkadw cech betonu w konstrukcjach mosBadania wasne BW-422/RB-3/2007 2007 ksero prbne obc26 o 90 aziski P., RadzWpyw dodatkowych elementw na sztywno konstrukcji przsa IV Oglnopolska Konferencja Mostow2005 ksika prbne obc29 o 91 aziski P., Sala Experimental identification of the dynamic properties of Tyree diffrent footbridge strucThirs International Conference, Footb2008 ksero prbne obc30 o 92 aziski P., Sala Badania odbiorcze lskich kadek dla pieszych Magazyn Drogi, 10/2008, s. 75-81 2008 ksero prbne obc34 o 93 aziski P., WesWyznaczenie rzeczywistych czasowych rozkadw cech betonu dla modelowania i plaProjekt badawczy promotorski N506 2008 ksero prbne obc79 o 96 Machelski C., Bil W sprawie prbnych obcie mostw z betonu spronego Inynieria i Budownictwo 2/2000 2000 artyku prbne obc80 o 97 Machelski C., Bil Ocena mostu drogowego w Opolu na podstawie prbnego obcienia Inynieria i Budownictwo 9/2000 2000 artyku prbne obc9 o 100 Madaj A., WoowBudowa i utrzymanie mostw WK, Warszawa 2007 2007 ksika prbne obc82 o 104 Maliszkiewicz P.,Spostrzeenia wykonawcy obiektw mostowych na odcinku autostrady A4 Inynieria i Budownictwo 11/2001 2001 artyku prbne obc127 o 105 Mako Z. Badania spronego przsa mostu drogowego nad rzek Nysa Kodzka w cigu ulicyI Sympozjum Diagnostyka i badania 2001 referat prbne obc136 o 110 Olaszek P., agoBadania w trakcie budowy i odbioru mostu Siekierkowskiego w Warszawie II Sympozjum Diagnostyka i badania 2003 referat prbne obc132 o 111 Opilski Z., SalamWykorzystanie kamery cyfrowej do pomiarw statycznych i dynamicznych przemieszcII Sympozjum Diagnostyka i badania 2003 referat prbne obc91 o 113 Paczkowska T., Ocena wiarygodnoci wynikw obcie prbnych wiaduktu o konstrukcji zespolonej XLVIII Konferencja Naukowa Komite 2002 artyku prbne obc110 o 136 Rybak M. W sprawie prbnych obcie mostw Drogownictwo 12/99 1999 artyku prbne obc126 o 137 Rybak M. O poytkach z dowiadcze i bada na konstrukcjach mostowych I Sympozjum Diagnostyka i badania 2001 referat prbne obc133 o 138 Rybak M. Badania mostw norma A EN 1990 II Sympozjum Diagnostyka i badania 2003 referat prbne obc111 o 139 Ryyski A. Badania konstrukcji mostowych WK, Warszawa 1983 1983 ksika prbne obc135 o 145 Sygua S. Badania mostw betonowych II Sympozjum Diagnostyka i badania 2003 referat prbne obc112 o 151 Weseli J. Teoretyczne podstawy opisu i analizy uoglnionego modelu ukadu most - rodowiskoZeszyty Naukowe Politechniki Slski 1987 ksika prbne obc113 o 152 Weseli J. Teoretyczne wyznaczanie zmczeniowej funkcji Wohlera dla zmodyfikowane metody XXX Konferencja Naukowa Komitetu 1984 referat prbne obc114 o 153 Weseli J. Przewidywanie cykli naprenia i trwaoci zmczeniowej mostw XXIX Konferencja Naukowa Komitetu1983 referat prbne obc115 o 154 Weseli J. Oglny przypadek obcienia dowolnego ustroju mostowego ukadem nieinercyjnych XXVII Konferencja Naukowa Komitet 1981 referat prbne obc116 o 155 Weseli J. Funkcja obcienia mostw drogowych w modelu probabilistycznym XXVII Konferencja Naukowa Komitet 1981 referat prbne obc117 o 156 Weseli J. Wyznaczenie nacisku osi samochodu wjedajcego na most przez nierwno progArchiwum Inynierii Ldowej - Tom X1968 artyku prbne obc118 o 157 Weseli J., RadzieModelowanie losowego procesu obcienia dowolnego mostu II Konferencja Bezpieczestwo Budo1982 referat prbne obc40 o 169 towski K., WaCable stayed bridge over Vistula river in Plock. Dynamic analysis and site test Bridge: proceedings of the Internatio 2006 ksika prbne obc

3-3

Przegld literatury

3.2.3 Modele obliczeniowe

W procesie projektowania obiektw mostowych jak rwnie na etapie prbnych obcie do oblicze statycznych i analizy wynikw wspczesny inynier wykorzystuje komputerowe systemy wspomagajce projektowanie, umoliwiajc numeryczn analiz konstrukcji. W pracy tej analiz teoretyczn przeprowadzono metod elementw skoczonych (MES) w rodowisku programu Autodesk Robot Structural Analisys Professional 2010 [5] [133]. Do odwzorowania rzeczywistej konstrukcji badanego ustroju nonego wykorzystywano podstawy teoretyczne opisane w [27] [33] [49] [70] [73] [166]. Opis klas modeli (zbudowano dziewie) by zgodny z propozycj autorw pracy [73].

Przykadowe modele obliczeniowe rnych typw obiektw mostowych i elementw konstrukcyjnych przedstawiaj autorzy prac [18] [19] [23] [28] [32] [61] [65] [94] [101] [103] [115] [142] [143] [168]. Wspczesne moliwoci analizy statycznej i dynamicznej obiektw mostowych przedstawi autor pracy [168], podkrelajc konieczno weryfikacji przez analityczne rozwizania cise lub prbne obcienia.

Natomiast autor pracy [6] omawiajc zagadnienie modelowania obiektw mostowych w procesie ich eksploatacji zauwaa, e ostatecznym rezultatem procesu projektowania jest obiekt przekazywany do eksploatacji. Stwierdza rwnie, e w zagadnieniach zarzdzania eksploatacj infrastruktury mostowej przedmiotem modelowania s rzeczywiste obiekty, a ich numeryczne modele s wykorzystywane w procesie podejmowania decyzji oraz nadzoru nad realizacj dziaa utrzymaniowych. Taka sam sytuacj mamy w procesie przeprowadzania przeprowadzania prbnych obcie, gdzie powinnimy dy do adekwatnego modelu obliczeniowego, uzyskujc du zgodno wynikw teoretycznych i rzeczywistych.

Podczas projektowania zoonych konstrukcji o duej rozpitoci przse projektanci na tym etapie stosuj uproszczone modele obliczeniowe [61], umoliwiajc szybkie wprowadzanie korekt projektowych. Ich weryfikacja odbywa si dopiero na etapie prbnych obcie.

Sposoby dyskretyzacji ukadw pytowo-belkowych na przykadzie trjprzsowego mostu drogowego przedstawili autorzy pracy [23]. Podobn analiz rnych modeli obliczeniowych na przykadzie stropu pytowo-ebrowego opisa autor w pracy [143].

Tab. 3-3 Uproszczony raport z bazy zgromadzonej literatury (modele obliczeniowe)

ID X Lp Nazwiska Tytu Publikacja Rok Forma Klucze184 o 5 Autodesk Autodesk Robot Structural Analysis Professional, Podrcznik uytkownika, RoboBKrakw 2010 ksika modele181 o 6 Bie J. Modelowanie obiektw mostowych w procesie ich eksploatacji Oficyna Wydawnicza Politechniki W2002 ksika modele16 o 18 Biliszczuk J. Mosty podwieszone Arkady, Warszawa 2005 2005 ksika modele20 o 19 Biliszczuk J. i in Projektowanie stalowych kadek dla pieszych DWE, Wrocaw 2007 2007 ksika modele124 o 23 Budka E., Loren Sposoby dyskretyzacji ukadw pytowo-belkowych na przykadzie trjprzsowegoI Sympozjum Diagnostyka i badania2001 referat modele21 o 27 Chmielewski T., Podstawy dynamiki budowli Arkady, Warszawa 1998 1998 ksika modele43 o 28 Chrcielewski JModelowanie konstrukcji mostowych - obliczenia i weryfikacja "in situ" Rozdzia 4 pracy pod redakcj nauk2007 ksika modele41 o 32 Chrcielewski JModelowanie konstrukcji mostowych w wietle bada 51 Konferencja Naukowa Komitetu 2005 ksika modele39 o 33 Chudzikiewicz AStatyka Budowli Wydawnictwo PWN, Warszawa 19 1976 ksika modele13 o 43 Furtak K. Mosty zespolone PWN, Warszawa Krakw 1999 1999 ksika modele76 o 44 Furtak K. Ocena stanu zarysowania elbetowych belek mostowych o poszerzonych rodnik Inynieria i Budownictwo 1-2/2004 2004 artyku modele166 o 49 Hambly E. C. Bridge Deck Behaviour E & FN Spon, London and New Yo 1991 ksika modele36 o 61 Jdrzejek S., GoModelowanie statyczne skomplikowanych konstrukcji inynierskich V Oglnopolska Konferencja Mosto2008 ksika modele19 o 65 Karlikowski J., MMostowe konstrukcje zespolone stalowo-betonowe WK, Warszawa 2007 2007 ksika modele17 o 70 Klasztorny M. Dynamika mostw belkowych obcionych pocigami szybkobienymi Wydawnictwo Naukowo-Techniczn 2005 ksika modele164 o 73 Kmita J., Bie J Komputerowe wspomaganie projektowania mostw WK, Warszawa 1989 1989 ksika modele18 o 94 Machelski C. Obliczanie mostw z betonowych belek prefabrykowanych DWE, Wrocaw 2006 2006 ksika modele10 o 101 Madaj A., WoowMosty betonowe WK, Warszawa 2002 2002 ksika modele139 o 103 Makowski A., NoBadania i obliczanie sztywnoci drewnianych dwigarw Inynieria i Budownictwo 10/2008 2008 referat modele94 o 115 Piciorak E. Model numeryczny belki z falistym rodnikiem Zeszyt Naukowy Politechniki lsk 2006 artyku modele108 o 133 Robot MillenniumRobot Millennium 21.0 Podrcznik uytkownika RoboBAT, Krakw 2008 2008 ksika modele95 o 142 Smarzewski P. Numeryczna analiza niesprystej belki elbetowej Zeszyt Naukowy Politechniki lsk 2006 artyku modele140 o 143 Starosolski W. O modelowaniu belek w stropach pytowo-ebrowych Inynieria i Budownictwo 10/2008 2008 referat modele23 o 166 Zienkiewicz O. Metoda elementw skoczonych Arkady, Warszawa 1972 1972 ksika modele38 o 168 towski K. Wspczesne moliwoci analizy statycznej i dynamicznej mostw stalowych Wrocawskie Dni Mostowe, Mosty s2008 ksika modele

3-4

Przegld literatury

3.2.4 Teoria betonu

Cz pracy doktorskiej powicona jest moliwie bliskim rzeczywistoci okreleniu cech fizycznych betonu. Znajomo rzeczywistej wytrzymaoci betonu, a w szczeglnoci moduu sprystoci w chwili badania obiektw betonowych pod prbnym obcieniem pozwala uzyska lepsz zgodno wynikw teoretycznych i rzeczywistych, a wic midzy innymi prawidowo weryfikowa model obliczeniowy.

W pracy wykorzystano informacje o podstawowych waciwociach betonu zawarte przede wszystkim w ksice A. M. Neville [109]. Uzupenienie tych informacji zaczerpnito w pracach [34] [36] [37] [40] [41] [58] [69] [75] [78] [80] [129] [147] [167]. Propozycje zawarte w normie PN-EN 206-1 [116] wraz z komentarzem autorw pracy [34] byy podstaw do okrelania cech betonu na podstawie wynikw bada niszczcych betonu.

Przy wyznaczaniu wytrzymaoci betonu na ciskanie stosowano zalecenie opisane w normie PN-EN 206-1 [116] i jej komentarzu [34]. W pracach [56] [71] [76] [102] [114] [141] opisano midzy innymi wpyw smukoci prbek na wytrzymao betonu podczas ciskania w jednoosiowym stanie napre. Przedstawiono wyniki wytrzymaoci na ciskanie betonw z cementw rnych klas po 2 i 28 dniach dojrzewania oraz w zalenoci od rnego stosunku wodno - cementowego.

Autor pracy [2] uzna domieszki za najwaniejsze skadniki nowoczesnych betonw, a ich stosowanie s kluczowe w poprawie waciwoci wieego i stwardniaego betonu. Naukow metod ustalania skadu mieszanki betonowej zaprezentowa autor pracy [78], a trwao betonw wysokich wytrzymaoci i jego waciwoci opisano w [48] [144].

Badania wasne pokazay istotny wpyw sposobu pielgnacji prbek betonu (w stanie rzeczywistym i przechowywane w wodzie) na wytrzymao betonu. Autorzy pracy [22] opisali wpyw warunkw wilgotnociowych rodowiska na ugicia zginanych elementw betonowych zbrojonych podunie.

W pracy przy planowaniu sposobu pielgnacji prbek betonu w okresie zimowym wykorzystano dowiadczenia zawarte w artykuach [26] [38] i ksice [135].

Wpyw czasu na mosty elbetowe i z betonu spronego szeroko zostay opisane przez autora pracy [39]. W artykule stwierdzono, e dopiero czne rozpatrywanie zjawisk takich jak wpyw czasu, wytrzymao zmczeniowa betonu, oddziaywanie rodowiska zewntrznego i wpyw cech reologicznych pozwala dojrze zoono zachowania si konstrukcji mostowych.

Naturalne zjawiska termiczne w mostach zaczerpnito z ksiki [167], a take z artykuu [52]. W pracy skorzystano z wynikw bada dowiadczalnych betonu opisanych w pracach [35] [53] [63] [64] [79] [95] [99] [132] [146] [163], gdzie opisano midzy innymi wspczesne moliwoci laboratorium badawczego materiaw i konstrukcji budowlanych, metody bada i spostrzeenia z otrzymanych wynikw.

3-5

Przegld literatury

Tab. 3-4 Uproszczony raport z bazy zgromadzonej literatury (teoria betonu) ID X Lp Nazwiska Tytu Publikacja Rok Forma Klucze

173 o 1 ACI ACI Committee 318-05, Building Code Requirements for Structural Concrete and Commentary, Farmington Hills 2009 ksero beton55 o 2 Aitcin P. Domieszki: najwaniejszy skadnik nowoczesnego betonu Cement-Wapno-Beton 5/2006 2006 artyku beton61 o 22 Bogucka J., UryzWpyw warunkw wilgotnociowych rodowiska na ugicia zginanych elementw betoInynieria i Budownictwo 5/2004 2004 artyku beton73 o 26 Ceglarska A. Wpyw zamroenia modego betonu na jego waciwoci po 28 dniach dojrzewania Zeszyt Naukowy Politechniki lskiej2008 artyku beton3 o 34 Czarnecki L. i innBeton wedug normy PN-EN 206-1 -komentarz- Polski Cement, Krakw 2007 2007 ksika beton63 o 35 Czkwianianc A. Laboratorium badawcze materiaw i konstrukcji budowlanych w Politechnice dzkieInynieria i Budownictwo 11/2006 2006 artyku beton162 o 36 EN EN 1992. Eurocode 2: Design of concrete structures (projektowanie konstrukcji z betonu) 2004 norma beton14 o 37 EuroCode No.4 Desing of Composite Steel and Concrete Structures; Part 1-1: General Rules and RuEuropean Committee for Standardiza1992 norma beton57 o 38 Fiertak M., StryszDodatek pyu krzemionkowego a odporno na mrz betonw cementowych Cement-Wapno-Beton 6/2005 2005 artyku beton69 o 39 Flaga K. Wpyw czasu na mosty elbetowe i z betonu sprzonego Inynieria i Budownictwo 6/1997 1997 artyku beton144 o 40 Flaga K. Pezanie betonu wedug Eurokodu 2 Inynieria i Budownictwo 3-4/2002 2002 referat beton146 o 41 Flaga K. Naprenia skurczowe i zbrojenie przypowierzchniowe w konstrukcjach betonowych Seria Inynieria Ldowa. Monografia 2004 ksika beton65 o 48 Grodzicka A. Trwao BWW na przykadzie konstrukcji mostowych Cement-Wapno-Beton 3/2003 2003 a

PROCEDURA MODELOWANIA OBIEKTÓW RZECZYWISTYCH …delibra.bg.polsl.pl/Content/607/R-4601_JG.pdf ·...

Documents

Transcript of PROCEDURA MODELOWANIA OBIEKTÓW RZECZYWISTYCH …delibra.bg.polsl.pl/Content/607/R-4601_JG.pdf ·...