Systemy Sprezajace Ppt MaciejKowalski

2013‐11‐13

1

1

MostybetonoweIITEMAT: Historyczne i współczesne systemy sprężające

WykonałInż. Maciej KowalskiSekcja: MiBP S2‐s3R.A. 2013/2014

Prowadzący:Dr hab. inż. Wojciech Trochymiak

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ INŻYNIERII LĄDOWEJINSTYTUT DRÓG I MOSTÓW

Zawartośćopracowania

1. Definicje i opis elementów składowych systemów sprężania.

2. Kryteria klasyfikacji.

3. Podstawowe sposoby kotwienia splotów, drutów i prętów.

4. Historyczne systemy z cięgnami stalowymi.

5. Współczesne systemy z cięgnami stalowymi.

6. Ochrona i zapobieganie degradacji systemów sprężania.

7. Trzy pytania egzaminacyjne wraz z odpowiedziami.

8. Bibliografia2

2013‐11‐13

2

1.Definicjeiopiselementówskładowychsystemówsprężania.

• Drut – podstawowy element systemu sprężenia, o średnicy od 2,5 do 8 mm

• Splot – kilka (zazwyczaj 3 lub 7) drutów owiniętych wokół drutu centralnego

• Kabel sprężający (cięgno) ‐ wiotkie cięgno sprężające wykonane z wiązki równoległych splotów lubdrutów.

• Dewiatory ‐ elementy zastosowane w określonych miejscach konstrukcji, wzdłuż cięgna, zazwyczajwykonane ze stalowych rur. Służą do zmiany kierunku trasy cięgna sprężającego.

• Osłonka kablowa ‐ zwijana, karbowana rura wykonana ze stalowej taśmy lub z tworzywsztucznych, wraz z elementami łączącymi i odpowietrzającymi tworzy kanał kablowy.

• Zakotwienie ‐ stalowy element umieszczony na końcu kabla sprężającego, przekazujący siłęsprężającą na konstrukcję.

• Zakotwienie naciągowe (czynne) ‐ zakotwienie usytuowane od strony wprowadzania przez zestawnaciągowy siły naciągowej do kabla.

• Zakotwienie bierne ‐ zakotwienie, do którego nie przykłada się zestawu naciągowego, sytuowanepo przeciwnej stronie kabla sprężającego w stosunku do zakotwienia naciągowego.

• Łącznik kabla – konstrukcja służąca do przedłużenia kabla napiętego lub nie napiętego o nośnościnie mniejszej niż nośność kabla.

• Zestaw naciągowy ‐ zespół urządzeń pozwalający na naciągnięcie wiązki splotów doprojektowanej, montażowej siły sprężającej (prasa naciągowa, pompa hydrauliczna zmanometrem, przewody i złączki hydrauliczne).

3

4

1.Definicjeiopiselementówskładowychsystemówsprężania.

Rys. 1 Elementy systemu sprężania [1]

2013‐11‐13

3

5

2.Kryteriaklasyfikacji.

Sposób naciągu i kolejność betonowania

Strunobeton• Naciąg cięgien jest realizowany przed betonowaniem elementu.• Przekazanie siły sprężającej na beton, po uzyskaniu wymaganej wytrzymałości

betonu, za pomocą przyczepności.Kablobeton• Naciąg kabli (umieszczonych w uformowanych kanałach kablowych) realizowany

po uzyskaniu wymaganej wytrzymałości betonu, jednocześnie wywołującysprężenie elementu.

Lokalizacja sprężenia względem przekroju

Sprężenie wewnętrzne• Cięgna sprężające umieszczone wewnątrz elementu betonowego.Sprężenie zewnętrzne• Cięgna sprężające umieszczone są poza przekrojem betonowym lub wewnątrz

przekroju skrzynkowego.

6

2.Kryteriaklasyfikacji.Stopień sprężenia wg PN‐91/S‐10042Pełne sprężenie ‐ Poziom sprężenia wyklucza możliwość powstania naprężeńrozciągających w betonie.Sprężenie ograniczone ‐ Poziom sprężenia dopuszcza możliwość powstania naprężeńrozciągających w betonie i w konsekwencji zarysowania przekroju.Sprężenie częściowe ‐ Poziom sprężenia dopuszcza możliwość powstania naprężeńrozciągających w betonie i rys o ograniczonej szerokości rozwarcia.

Stopień sprężenia wg PN‐B‐03264Super pełne sprężenie – Kiedy pod działaniem podstawowej kombinacji obciążeń niewystępują w przekrojach naprężenia rozciągające (kategoria rysoodporności 1a)Pełne sprężenie – Kiedy pod działaniem kombinacji krótkotrwałej nie występują rysy, anaprężenia rozciągające nie przekraczają wytrzymałości betonu na rozciąganie (kategoriarysoodporności 1b)Sprężenie ograniczone – Kiedy pod działaniem długotrwałej kombinacji obciążeń niewystępują w przekrojach naprężenia rozciągające (warunek dekompresji), a podkrótkotrwałą kombinacją obciążeń, rysy nie przekraczają wartości dopuszczalnej 0,2mm(kat 2a)Częściowe sprężenie – kiedy rezygnuje się z warunku dekompresji i dopuszcza się poddziałaniem krótkotrwałej kombinacji obciążeń do wystąpienia w przekroju niewielkichrozciągań, powodujących rysy nieprzekraczające 0,2mm (kat 2b)

2013‐11‐13

4

7


Kierunki sprężenia

Sprężenie liniowe – Przebieg cięgienprosty, krzywoliniowy lub załamany.Sprężenie cylindryczne –Sprężenie obwodowe zbiornikówcylindrycznych.Sprężenie jednokierunkowe –Cięgna leżące równolegle do jednejosi konstrukcjiSprężenie dwukierunkowe –Cięgna leżące równolegle do dwóchosi konstrukcji, zazwyczaj wzajemnieSprężenie wielokierunkowe –Cięgna leżące równolegle do więcejniż dwóch osi konstrukcji (np.kopuły).

Rys. 2 Nawijanie silnych cięgien na powłoce obudowy reaktora jądrowego [4]

8


Sposób sprężenia

Sprężenie hydraulicznePrasy hydrauliczne (naciągarki) wywołują naciąg cięgien, a wskazania manometrówpozwalają na kontrolę siły naciągu. Kilka takich naciągarek może tworzyć jeden zespółnaciągowy obsługujący sprężenie wielu cięgien.

Sprężenie mechaniczneUkłady naciągowe działające na zasadzie obciążenia lub dźwigni powodujące naciągcięgien i utrzymywanie stałej siły (podstawowy sposób sprężenia konstrukcjistrunobetonowych, a także konstrukcji cylindrycznych).

Sprężenie elektryczne (termiczne)Historyczna metoda ogrzania cięgien (za pomocą prądu elektrycznego) i ich zakotwieniaprzed ułożeniem betonu w formie.

Sprężenie chemiczneMetoda analogiczna do pras hydraulicznych, gdzie reakcja chemiczna powoduje parciesprężające i generowanie siły sprężającej.

2013‐11‐13

5

99

3.Podstawowesposobykotwieniasplotów,drutówiprętów.

Zakotwienia są istotnym elementem każdego systemu sprężenia. Oczekuje się odnich, aby umożliwiały naciąg cięgna, a po jego zakończeniu zapewniały trwałeprzenoszenie siły w cięgnie przez cały okres użytkowania elementu.

Rozwój zakotwień‐ Rozwój zakotwień powodował de facto rozwój wszystkich systemów

sprężających‐ Powojenny postęp technologiczny związany z wymaganą szybką odbudową

zniszczonych konstrukcji‐ Na przestrzeni 70 lat opracowano kilkadziesiąt typów i wariantów zakotwień, z

których współcześnie stosuje się wraz z unowocześnieniem tylko kilkanaście‐ Zakotwienia drutów obecnie nie są już stosowane, ale zdecydowana większość

istniejących konstrukcji jest w ten sposób sprężona

Freyssinet (betonowy stożek)– 1939Magnel – 1941Freyssinet (stalowy stożek) – 1968BBRV ‐ 1949

1010


Rys 3. Historyczny system zakotwień Magnela [2][4]

Zakotwienie Magnela

• 4-7 drutów, parzysta liczba warstw

• Zakotwienie klinowe, blokujące• Kabel wielowarstwowy

Zakotwienie w postaci płaskiej płyty zwyfrezowanym wgłębieniem klinowym,kotwienie drutów parami przy użyciuklinów. Zakotwienie dla całego kablaskłada się z wielu płyt skręconych ze sobą.Kabel w przekroju prostokątny.

2013‐11‐13

6

1111


Rys. 4 Historyczne systemy zakotwień Freyssineta [2][4]

Zakotwienie Freyssineta

• 12 lub 18 drutów• Zakotwienie stożkowe,

blokujące• Kabel koncentryczny

Zakotwienie w postaci blokukotwiącego składającego się z elementustalowego lub żelbetowego silnieuzwojonego lub umieszczonegow odcinku rury, ze stożkowym otworemw środku oraz ze stożka kotwiącegoz podłużnymi kanałami na obwodzie.

Zakotwienie stożkowe działa nazasadzie wciskania stożkamiędzy naciągnięte druty,a ostateczne zaklinowanie siękabla następuje, kiedy pozwolnieniu naciągu nastąpipoślizg stożka.

1212


Rys. 5 Historyczne systemy zakotwień BBRV [2][4]

Zakotwienia BBRV

• Zakotwienie głowicowe• Od 7 do 102 drutów• Kabel koncentryczny• Współcześnie stosowany

Zakotwienie w postaci stalowego bloku w kształcie walca z szeregiem równoległych otworów przelotowych o średnicy nieco większej niż średnica drutów w kablu. Na otworach opierają się spęczniane główki końców drutów, działające jako bierne zakotwienie. Nakrętka utrzymująca walcowy blok opiera się na płycie stalowej umieszczonej na czole sprężanej konstrukcji. Dzięki plastycznej obróbce na zimno, umożliwiającej zachowanie niewielkich rozmiarów główek, głowice kotwiące cechują stosunkowo niewielkie rozmiary.

2013‐11‐13

7

1313


Zakotwienia splotów

Najczęściej spotykane zakotwienia cięgien złożonych ze splotów. Składa się z bloku zakotwienia w kształcie walca z układem przelotowych otworów. W każdym ze stożkowych otworów mieści się pojedynczy splot oraz obejmująca go stożkowa szczęka kotwiąca.

Walcowy blok opiera się na powierzchni bloku oporowego (stalowego lub żeliwnego). Kotwienie bierne splotu jest zapewnione dzięki wpychaniu szczęk kotwiących do ich stożkowych otworów przy użyciu stalowych sprężyn, będących elementem zakotwienia. Wiodący producenci: BBR, BBV Systems, Freyssinet, VSL, AMSYSCO VT‐M, TENSACCIAI S.P.A., Alga S.P.A., CCL, MK4, DYWIDAG‐Systems International

Rys. 6 i 7 Zakotwienie szczękowe [2]

1414


Rys. 8 Przykład zakotwienia szczękowego Freyssineta typu C [1]

2013‐11‐13

8

1515

3.Podstawowesposobykotwieniasplotów,drutówiprętów.Zakotwienia splotów

Rys. 9 Zakotwienie wgłębne, formowanie tzw. zakotwienia cebulkowego [2]

Rys. 10 Zaciski plastyczne [2]

Działanie jest oparte na przekazaniu siły z kabla nabeton poprzez przyczepność lub docisk. Końcówkisplotów w tych rozwiązaniach są rozplecione lubzakończone zaciskami plastycznymi, opartymi nastalowej blasze, i są zabetonowane wewnątrzsprężanej konstrukcji.Wiodący producenci: Freyssinet, DYWIDAG‐SystemsInternational, VSL, Alga S.P.A.

Zacisk plastyczny to stalowa tuleja podlegającaplastycznym odkształceniom trwałym, która przypomocy hydraulicznej prasy zostaje zaciśnięta nasplocie lub linie, powodując plastyczne wciśnięciestali między druty.

Wiodący producenci: VSL, DYWIDAG‐SystemsInternational

1616



Rys. 11 Zakotwienie pętlicowe [2]

Zakotwienie pętlicowe wykonuje się poprzez zakrzywienie splotu w postaci pętli. W zakotwieniach tychna końcu osłon kanałów kablowych stosuje się uszczelniające korki gumowe lub bitumiczne. Pętlicęrozplata się możliwie szeroko z zastosowaniem pomocniczego zbrojenia miękkiego w betonie wokółpętlic.

Wiodący producenci: VSL, DYWIDAG‐Systems International

2013‐11‐13

9

1717



Rys. 12 i 13 Zakotwienie łącznikowe [2]

Rozróżniamy dwa typy zakotwień łącznikowych: nieprzesuwne i przesuwne. Obydwa służądo połączenia kolejnych odcinków kabla ze sobą w sposób umożliwiający przeniesieniesiły naciągu. Łącznik nieprzesuwny znajduje się na styku kolejno wykonywanych częścikonstrukcji, a jego montaż jest prowadzony po wykonaniu naciągu odcinka kabla pojednej ze stron łącznika. Łącznik przesuwny jest zakładany na końcówce nienaciągniętegoodcinka kabla, a naciąg połączonego kabla odbywa się po wykonaniu kolejnej częścikonstrukcji.Wiodący producenci: BBR, BBV Systems, Freyssinet, VSL, AMSYSCO VT‐M, TENSACCIAIS.P.A., Alga S.P.A., CCL, MK4, DYWIDAG‐Systems International

1818


Zakotwienia prętów

Rys. 14 Zakotwienie śrubowe [2]

Zakotwienie, w którym siłę sprężającąwprowadza się przez nakręcanie śruby. Gwintysą nacinane na prętach, a nakrętka opiera sięna płytce podkładkowej.

Wiodący producenci: Macalloy, SAH, Roebling, PZ.

2013‐11‐13

10

1919

4.HistorycznesystemyzcięgnamistalowymiTab.1 Historyczne systemy kabli wielodrutowych [4]

2020

5.WspółczesnesystemyzcięgnamistalowymiTab.2 Systemy kabli ze splotów – kable z pojedynczych splotów [4]

Tab.3 Systemy kabli ze splotów – kable wielosplotowe [4]

2013‐11‐13

11

2121

5.Współczesnesystemyzcięgnamistalowymi

Rys. 15 Przykłady zakotwień firmy DYWIDAG – SYSTEMS [6]

Rys. 15 Przykłady zakotwień firmy TENSACCIAI [6]

2222

6.Ochronaizapobieganiedegradacjisystemówsprężania

Istotne na etapie projektowania:• Uwzględnienie przyszłego wpływu otoczenia• Poprawna ocena intensywności czynników agresywnych wobec betonu i stali• Odpowiedni dobór materiałów• Odpowiednie kształtowanie konstrukcji i detali• Ochrona przed wodą!

Elementy systemu ochrony konstrukcji betonowej (żelbetowej, sprężonej):• Odpowiednia otulina betonowa• Powierzchniowy system izolacji przeciwwodnej• Odpowiednie zaprojektowanie systemu odwodnienia, dylatacji, połączeń

konstrukcyjnych i połączeń elementów prefabrykowanych

A w szczególności konstrukcji sprężonej:• Elementy konstrukcji sprężonej zaprojektowane tak, aby zminimalizować

negatywny wpływ wody (odpowiednia lokalizacja)• Dogodny dostęp utrzymaniowy do dewiatorów, zakotwień i połączeń kabli• Odpowiednia ochrona cięgien sprężających wg tab. 1 i tab. 2

2013‐11‐13

12

2323


Kategoria

(oznaczenie)Wymagania użytkowe Uwagi

1 (PL1)

Kanały wystarczająco mocne i trwałe w trakcie: wytwarzania, transportu, układania,

zalewania betonu, naprężania cięgien oraz odpowiednio odporne na przecieki betonu,

Materiał kanałów niereaktywny z: betonem, stalą sprężającą, stalą miękką oraz

iniektem wypełniającym kanały,

Materiał iniekcyjny musi być stabilny chemicznie, niereagujący ze stalą sprężającą i

kanałami cięgien,

Wypełnianie kanałów musi być tak zorganizowane, aby nie powstawały w nich pustki

Kanał wypełniony

materiałem

zapewniającym

trwałą ochronę

antykorozyjną

2 (PL2)

Pokrywa musi być wodoszczelna i nieprzepuszczalna dla pary wodnej na całej długości,

materiał pokrywy musi być stabilny chemicznie, bez oznak kruchości i zmiękczenia w

przewidzianym zakresie temperatur podczas eksploatacji obiektu, z materiału nie mogą

się wydobywać wolne jony chlorkowe

Jak dla PL1 oraz

dodatkowo

wypełnienie

otaczające wiązkę

rozciąganą wzdłuż

całego elementu i

dostarczającą stałą,

szczelną barierę

3 (PL3)

musi być zapewniona spójność osłony stali sprężającej i/lub możliwość pokazania stali

sprężającej oraz powtarzalność pomiarów,

niezbędne jest sprawdzenie metod i wyników początkowych aprobat,

Jak dla PL2 oraz

integralność cięgien

lub możliwość

kontroli bądź

monitorowania w

dowolnym momencie

Tab. 4, Kategorie ochrony cięgien sprężających [fib, 2005a], [3]

2424


Tab. 5, Warstwy ochrony cięgien sprężających w zależności od agresywności/ekspozycji i konstrukcyjnych warstw ochronnych [fib, 2005a], [3]

2013‐11‐13

13

2525

7.Pytaniaegzaminacyjne1. Wymienić i krótko opisać podstawowe elementy systemu sprężania

cięgna wewnętrznego z przyczepnością:

Kabel sprężający (cięgno) ‐ wiotkie cięgno sprężające wykonane z wiązki równoległychsplotów lub drutów.Osłonka kablowa ‐ zwijana, karbowana rura wykonana ze stalowej taśmy lub ztworzyw sztucznych, wraz z elementami łączącymi i odpowietrzającymi tworzy kanałkablowy.Zakotwienie naciągowe (czynne) ‐ zakotwienie usytuowane od strony wprowadzaniaprzez zestaw naciągowy siły naciągowej do kabla.Zakotwienie bierne ‐ zakotwienie, do którego nie przykłada się zestawu naciągowego,sytuowane po przeciwnej stronie kabla sprężającego w stosunku do zakotwienianaciągowego.Rurka do iniekcji ‐ element doprowadzający iniekt do osłonki kablowej.Rurka odpowietrzająca ‐ element, przez który ucieka powietrze podczas iniekcji.

2626

7.Pytaniaegzaminacyjne2. Opisać dwa kryteria klasyfikacji systemów sprężania:

Sposób naciągu i kolejność betonowaniaJest to podstawowy podział konstrukcji sprężonych.Strunobeton• Naciąg cięgien jest realizowany przed betonowaniem elementu.• Przekazanie siły sprężającej na beton po uzyskaniu wymaganej wytrzymałości

betonu za pomocą przyczepności.Kablobeton• Naciąg kabli (umieszczonych w uformowanych kanałach kablowych) realizowany po

uzyskaniu wymaganej wytrzymałości betonu, jednocześnie wywołujący sprężenie elementu.

Lokalizacja sprężenia względem przekrojuSprężenie wewnętrzne

• Cięgna sprężające umieszczone wewnątrz elementu betonowego. Sprężenie zewnętrzne

• Cięgna sprężające umieszczone są poza przekrojem betonowym lub wewnątrz przekroju skrzynkowego.

2013‐11‐13

14

2727

7.Pytaniaegzaminacyjne3. Na czym polega ochrona przeciw degradacji systemów sprężania?

Istotne na etapie projektowania:• Uwzględnienie przyszłego wpływu otoczenia• Poprawna ocena intensywności czynników agresywnych wobec betonu i stali• Odpowiedni dobór materiałów• Odpowiednie kształtowanie konstrukcji i detali• Ochrona przed wodą!

Elementy systemu ochrony konstrukcji betonowej (żelbetowej, sprężonej):• Odpowiednia otulina betonowa• Powierzchniowy system izolacji przeciwwodnej• Odpowiednie zaprojektowanie systemu odwodnienia, dylatacji, połączeń

konstrukcyjnych i połączeń elementów prefabrykowanych

A w szczególności konstrukcji sprężonej:• Elementy konstrukcji sprężonej zaprojektowane tak, aby zminimalizować

negatywny wpływ wody (odpowiednia lokalizacja)• Dogodny dostęp utrzymaniowy do dewiatorów, zakotwień i połączeń kabli• Odpowiednia ochrona cięgien sprężających wg tab. 1 i tab. 2

2828

7.Pytaniaegzaminacyjne

4. Wymienić i opisać współcześnie stosowane systemy zakotwień drutów, splotów i prętów, podać przykłady i opisać zasadę kotwienia.

Typ Kotwienie Typowy producent

1 Zakotwienie stożkowe Stożek + głowica kotwiąca (bierne), stożek + splot (czynne)

Freyssinet

2 Zakotwienie główkowe Spaczona główka drutu BBRV

3 Zakotwienie śrubowe Nakrętka + gwintowany pręt (czynne), nakrętka + płytka dociskowa (bierne)

Macalloy

4 Zakotwienie przez przyczepność Wgłębne Freyssinet/DywidagSystems

Ad. 1 ‐ Składa się z bloku zakotwienia w kształcie walca z układem przelotowych otworów. W każdym ze stożkowych

otworów mieści się pojedynczy splot oraz obejmująca go stożkowa szczęka kotwiąca. Walcowy blok opiera się napowierzchni bloku oporowego (stalowego lub żeliwnego). Kotwienie bierne splotu jest zapewnione dzięki wpychaniu szczękkotwiących do ich stożkowych otworów przy użyciu stalowych sprężyn, będących elementem zakotwienia.

Ad. 2 ‐ Zakotwienie w postaci stalowego bloku w kształcie walca z szeregiem równoległych otworów przelotowych. Na

otworach opierają się spęczniane główki końców drutów, działające jako bierne zakotwienie. Nakrętka utrzymująca walcowyblok opiera się na płycie stalowej umieszczonej na czole sprężanej konstrukcji.

Ad. 3 ‐ Zakotwienie, w którym siłę sprężającą wprowadza się przez nakręcanie śruby. Gwinty są nacinane na prętach, a

nakrętka opiera się na płytce podkładkowej.

Ad. 4 ‐ Działanie jest oparte na przekazaniu siły z kabla na beton poprzez przyczepność lub docisk. Końcówki splotów w

tych rozwiązaniach są rozplecione lub zakończone zaciskami plastycznymi, opartymi na stalowej blasze, i są zabetonowanewewnątrz sprężanej konstrukcji.

2013‐11‐13

15

2929

7.Bibliografia

[1] – Freyssinet Polska, katalog branżowy, Konstrukcje sprężone SYSTEM C,

http://www.freyssinet.pl/images/stories/katalogi/System_C.pdf

[2] – Czasopismo Mosty, artykuł „Przegląd zakotwień”, 02/2013,

http://mosty.elamed.pl/strona‐numer‐2‐2013‐1651.html

[3] – dr inż. Wojciech Trochymiak, Mosty betonowe z naprężanymi cięgnami:

ewolucja form konstrukcyjnych i zasad obliczania,

[4] – Andrzej Ajdukiewicz, Jakub Mames, Konstrukcje z betonu sprężonego,

[5] – materiały dydaktyczne dr inż. Zbigniewa Plewako, Betonowe konstrukcje

sprężone,

[6] ‐ http://www.dywidag‐systems.pl/produkty/systemy‐sprezania

[7]‐ http://www.tensacciai.it/

Systemy Sprezajace Ppt MaciejKowalski

Documents

Transcript of Systemy Sprezajace Ppt MaciejKowalski