Navrhování mostů s různou materiálovou skladbou
![](/fileadmin/user_upload/04_Referenzen-TWP/09_Navrhovani_mostu/02_Picture/00_NavrhovaniMostu.png)
Navrhování mostů s různou materiálovou skladbou
Běžné jednotrámové a vícetrámové mosty, elegantní obloukové mosty, estakády, údolní a říční přemostění s velkými rozpětími nebo železniční a silniční rámové mosty: v inovativním softwaru RIB PONTI je jejich modelování, statický výpočet a návrh efektivně řešitelný. V optimální kombinaci a využití stavebních materiálů vznikají vysoce kvalitní, robustní mostní stavby. Bez ohledu na to, zda se u nosné konstrukce jedná o monolitický železobeton, předpjatý beton, spřažený ocel-beton nebo prefabrikovaný most beton-beton.
Základy výpočetních modelů a návrhů
Software RIB PONTI® umožňuje praktické modelování historie statistického systému, příčných řezů, zatížení a napjatosti. Jako komplexní výpočetní modely libovolně prostorového statického sytému mohou být uvažovány prostorové rošty nebo kombinované prutové a skořepinové modely postihující příčný roznos zatížení, popř. včetně mostních opěr a založení na pilotách – téměř pro všechny typy mostních staveb: tj. silniční mosty, železniční mosty nebo lávky pro pěší a cyklisty. Koncepční návrh může současně zahrnovat oblasti vzniku trhlin a spolupůsobící šířky desky mostovky. Po provedení výpočtu vnitřních účinků a jejich ve smyslu zvolené normy automatizovaně sestavených návrhových kombinací následuje komplexní návrh a dimenzování na mezních stavech únosnosti, použitelnosti a únavy.
V případě spřaženého ocelobetonového průřezu se jedná o aktuální normy DIN-Fachberichte 104, které jsou německou variantou evropské normy EN 1994-2. V PONTIstahlverbund jsou rovněž integrovány i posudky spřahovacích trnů. V oblasti železobetonových a předpjatých mostů mohou být pro návrhy a dimenzování využity mostní normy EN 1992-2 a DIN-Fachberichte 102. Předpjaté trámy mohou být volitelně posuzovány dle ČSN 73 6207 v integrované komponentě POMPRU.
Monolitické, segmentové, železobetonové a předpjaté mosty
V základním softwarovém balíku PONTI® pro monolitické mosty lze již tradičně počítat a navrhovat nejrůznější typy mostů: možné jsou tak celkové výpočetní modely nebo modely se zohledněním etapovitosti výstavby, současně bez nebo s předpětím. Předpětí může být jak interní se soudržností, bez soudržnosti nebo externí. Možná je i kombinace obou typů předpětí, tj. smíšené interní a externí předpětí konstrukce. K dispozici jsou i funkce typu „demontáž kabelu“ pro různé varianty výstavby, resp. sanace mostů.
Další podrobnosti k těmto typům mostů viz např. [1]
Obr. 1: Výpočetní model mostu z kombinovaných materiálů (monolit + spřažená část ocel-beton)
Nové typy průřezů pro spřažené ocelobetonové mosty
Spřažené konstrukce z ocele a betonu otevírají vedle tradičních, monomateriálových skladeb celou řadu nových možností. V souladu s těmito trendy RIB rozšířil aplikační možnosti PONTIstahlverbund, podrobnosti viz např. [2], o nové, parametrizované typy spřažených ocelobetonových průřezů.
Obr. 2: Monolitické průřezy a výpočetní model komorového mostu
Prvním typem nového průřezu je válcovaný nebo svařovaný nosník I spřažený s filigránovou deskou jako ztraceným bedněním monolitické mostovky. Tento relativně nový typ prefabrikovaných mostních dílců se pro svoji vysokou efektivitu a rychlost výstavby těší vzrůstající oblibě.
Další, nové typy průřezů jsou spřažené, ocelobetonové truhlíky, resp. jednokomorové průřezy, které se obvykle používají u přemostění s velkým rozpětím. Tyto mohou být navrhovány jako uzavřené nebo otevřené, popř. jako jednokomorové se šikmými stěnami.
Obr. 3: Výpočetní model spřaženého ocelobetonového mostu
Historie vzniku průřezů z hlediska vlivů dotvarování, smršťování a relaxace se opět jako u již dříve realizovaných spřažených typů průřezů zohledňuje automatizovaně metodou tzv. celkového průřezu, tj. v souladu s požadavky normy EN 1994-2.
Spolu s realizací nových typů průřezů byly současně rozšířeny algoritmy navrhování na mezních stavech únosnosti, použitelnosti a únavy o složky torzního a příčného ohybového namáhání. Pokročilá optimalizace uživatelského prostředí pak završuje rámec aktuální verze PONTIstahlverbund.
Obr. 4: Nové typy spřažených průřezů
Snadné, interaktivní navrhování nosníků
Navrhování nosníků probíhá pro všechny typy průřezů v jednotném, interaktivním uživatelském prostředí. Na mezních stavech únosnosti, použitelnosti, únavy a zajištění spřažení jsou pro šikmý ohyb s normálovou silou a kroucení vedeny následující návrhy a posouzení:
Výpočet sekundárních efektů
- automatický výpočet ekvivalentních, náhradních teplotních zatížení
- dotvarování od betonáže, vystrojení konstrukce a poklesů podpor
- dotvarování od plánovaných deformací
- primární a sekundární smršťování
Obr. 5: Schéma výpočtu spřaženého ocelobetonového mostu o 3 polích
Mezní stav únosnosti s výjimkou únavy
- klasifikace průřezů
- plastická a elastická momentová únosnost
- plastická a elastická smyková únosnost
- plastická a elastická interakce ohybu, normálové a posouvající síly
- vyboulení stěny stojiny indukované pásnicemi
Mezní stav únosnosti při únavě
- ekvivalentní rozkmit únavového porušení výztuže
- ekvivalentní rozkmit únavového porušení ocelových nosníků
- tlaková únava betonu
Mezní stav použitelnosti
- omezení napětí ve výztuži
- omezení napětí v oceli nosníků
- omezení tlakových napětí v betonu
- minimální výztuž (počátek vzniku trhlin)
- stabilita trhlin
- omezení kvazistálých deformací
Zajištění spřažení
- únosnost spřahovacích trnů
- smyková únosnost spřahovací spáry
- pokrytí a rozmístění spřahovacích trnů
- konstrukční provedení spřahovacích trnů
- únava spřahovacích trnů
- podélná smyková únosnost betonové desky
Výkonné grafické vyhodnocení
Uživatelské prostředí umožňuje okamžitý a přímý přehled všech výsledků posudků nosníku jak v grafické formě, tak i prostřednictvím cíleného vyhodnocení a sestavení detailních informací o konkrétních hodnotách návrhových parametrů a výsledků na zvoleném místě konstrukce. Možnosti vyhodnocování a tisku byly v grafickém prostředí dále rozšířeny a optimalizovány pro zmíněné, nové typy průřezů a umožňují tak efektivní práci i u velkých mostních konstrukcí.
Výstupy popř. velmi obsáhlých výsledků návrhů lze cíleně řídit a konfigurovat tak, aby ve tvaru přehledných tabulek a průběhů obsahovaly jen požadované informace.
Obr. 6: Grafické prostředí vyhodnocení návrhů
Optimalizace průřezů
Za účelem dodatečné optimalizace návrhu mostní konstrukce je možná výměna, resp. doplnění nových průřezů s okamžitým automatickým vyhodnocením všech relevantních posudků na základě dříve stanovených vnitřních účinků a jejich návrhových kombinací obsažených v databance výsledků. Optimalizace využití průřezů tak nejprve probíhá velmi operativně a rychle přímo v návrhovém prostředí.
Po dosažení přibližně požadovaných stupňů využití průřezů lze následně provést kompletní, tj. přesný přepočet modelu s již vyměněnými průřezy a jejich finální posouzení.
Aktuální vývoj – spřažené mostní průřezy beton-beton
V rámci softwarového balíků RIB PONTI® se v současnosti realizuje komplexní řešení spřažených mostů skládajících se ze železobetonových nebo předpjatých prefabrikátů a monolitické dobetonávky. Technologickým základem je již dříve realizované grafické, výpočetní a vyhodnocovací prostředím pro ocelobetonové spřažené mosty. Výpočet vnitřních účinků FEM a sestavení návrhových kombinací probíhají opět v prostorovém řešiči RIB TRIMAS; navrhování dle příslušných norem (Eurocode, DIN) automatizovaně zajišťují integrovaná technologie RIB RTfermo viz [3]. Toto perspektivní řešení postihuje i sekundární efekty z dotvarování, smršťování a relaxace a to nejen na úrovni průřezů, ale celého statického systému.
Obr. 7: Spřažené průřezy beton-beton
Závěr
Softwarový balík RIB PONTI® umožňuje svoji vnitřní modulární strukturou funkčních a licenčních komponent individuální přizpůsobení aktuálním potřebám projektanta-mostaře v závislosti na typu řešené mostní konstrukce. Jeho variabilita nespočívá pouze v různých úrovních přesnosti statického modelu (prutový, plošný, kombinovaný model), ale i v možnosti volby různých typů konstrukčních materiálů (železobeton, předpjatý beton, spřažený beton, spřažený průřez ocel-beton nebo beton-beton). Přesně podle požadavků konkrétního projektu a projekční kanceláře.
Literatura
[1] Z.Podráský, L. Švejda: Nové možnosti statické analýzy předpjatých trámových a deskových mostů stavěných po etapách, časopis Beton TKS 04/2003
[2] E.Held, S. Kimmich, J. KINA, L. Švejda: FEM pro spřažené ocelobetonové mosty - komfortní řešení standardních typů konstrukcí, časopis KONSTRUKCE 03/2005
[3] L. Švejda: Statické výpočty na navrhování předpjatých prefabrikátů, časopis Beton TKS 02/2007