Navrhování mostů s různou materiálovou skladbou

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