VÝSKUMNÁ ÚLOHA INŠTITUCIONÁLNEHO VÝSKUMU STAVEBNEJ FAKULTY ŽU ŽILINA

VÚ 03 / 303 /04 -3

SPOĽAHLIVOSŤ OCEĽOVÝCH A SPRIAHNUTÝCH OCEĽOBETÓNOVÝCH

MOSTNÝCH KONŠTRUKCIÍ

ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc.

DOBA RIEŠENIA : 01.01.2004 - 31.12.2004

NÁKLADY NA RIEŠENIE : 30 000,- Sk

CHARAKTERISTIKA ÚLOHY

1. ČIASTKOVÁ ÚLOHAPREVÁDZKOVÁ ZAŤAŽITEĽNOSŤ A SPOĽAHLIVOSŤ OCEĽOVÝCH MOSTOV

2. ČIASTKOVÁ ÚLOHAVPLYV DEGRADAČNÝCH PROCESOV NA SPOĽAHLIVOSŤ MOSTNÝCH PRVKOV

3. ČIASTKOVÁ ÚLOHASPOĽAHLIVOSŤ KOMPOZITNÉHO PRIEREZU NAMÁHANÉHO

NEGATÍVNYM OHYBOVÝM MOMENTOM

1. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

PREVÁDZKOVÁ ZAŤAŽITEĽNOSŤ A SPOĽAHLIVOSŤ OCEĽOVÝCH MOSTOV

ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc.

SPOLURIŠITELIA : Ing. PETER KOTEŠ

Ing. JOZEF GOCÁL, PhD.

DOKTORANDI: Ing. FRANTIŠEK KURČÍK

CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY

• DOKONČENIE NUMERICKÝCH SIMULÁCIÍ PREJAZDOV VLAKOVÝCH SÚPRAV CEZ MODEL MOSTNEJ KONŠTRUKCIE. VYHODNOTENIE SIMULOVANEJ NAPATOSTNEJ ODOZVY ROZHODUJÚCICH PRVKOV HLAVNÉHO PRIEHRADOVÉHO NOSNÍKA.

• KALIBRÁCIA PARCIÁLNEHO SÚČINITEĽA SPOĽAHLIVOSTI ZAŤAŽENIA ŽELEZNIČNOU DOPRAVOU PRE MODEL ODOLNOSTI ŤAHANÉHO A TLAČENÉHO PRVKU A ZAŤAŽOVACÍ MODEL PREVÁDZKOVÉHO VLAKU A PODĽA UIC – KODEX 700V.

• VYPRACOVANIE JEDNOTNEJ METODIKY HODNOTENIA MOSTOV V PREVÁDZKE PRE POTREBY STANOVENIA PORADIA NALIEHAVOSTI OPRÁV A REKONŠTRUKCIÍ MOSTOV NA DIAĽNICIACH A CESTÁCH I., II. A III. TRIEDY.

2. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

VPLYV DEGRADAČNÝCH PROCESOV NA

SPOĽAHLIVOSŤ MOSTNÝCH PRVKOV

ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : Ing. PETER KOTEŠ

SPOLURIŠITELIA : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc.

DOKTORANDI: Ing. FRANTIŠEK KURČÍK

CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY

• ANALÝZA SPOĽAHLIVOSTI VIACPRVKOVÝCH SYSTÉMOV S VYUŽITÍM NEHOMOGÉNNYCH MARKOVSKÝCH PROCESOV

• VYHODNOTENIE VÝSLEDKOV PARAMETRICKEJ ŠTUDIE VPLYVU KORÓZIE KONŠTRUKČNEJ A BETONÁRSKEJ OCELE NA SPOĽAHLIVOSŤ VIACPRVKOVÝCH MOSTNÝCH SYSTÉMOV NAMÁHANÝCH OHYBOM

• STANOVENIE ÚROVNE SPOĽAHLIVOSTI PRE POSUDZOVANIE MOSTNÝCH PRVKOV POSTIHNUTÝCH KORÓZIOU

3. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

SPOĽAHLIVOSŤ KOMPOZITNÉHO PRIEREZU

NAMÁHANÉHO NEGATÍVNYM OHYBOVÝM

MOMENTOM

ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ: prof. Ing. JÁN BUJŇÁK, CSc.

SPOLURIEŠITELIA: Ing. JAROSLAV ODROBIŇÁK

DOKTORANDI: Ing. JÁN BUJŇÁK

CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY

• VYHODNOTENIE VÝSLEDKOV EXPERIMENTÁLNEHO VÝSKUMU SPRÁVANIA SA KOMPOZITNÉHO OCEĽOBETÓNOVÉHO PRIEREZU PRI NAMAHANÍ NEGATÍVNYM OHYBOVÝM MOMENTOM

• ANALÝZA ŠÍRKY A ROZVOJA TRHLÍN V BETÓNOVEJ ČASTI PRIEREZU A VPLYVU ŤAHOVÉHO SPEVNENIA BETÓNU NA ZMENU OHYBOVEJ TUHOSTI SPRIAHNUTÉHO TRÁMU

• NUMERICKÁ ANALÝZA RIEŠENÉHO PROBLÉMU S VYUŽITÍM PROGRAMOVÉHO SYSTÉMU ANSYS

• POROVNANIE VÝSLEDKOV EXPERIMENTÁLNYCH MERANÍ A NUMERICKÝCH ŠTUDIÍ S VÝSLEDKAMI VÝPOČTOV ZÍSKANÝMI ZJEDNODUŠENOU METÓDOU NAVRHNUTOU AUTORMI

CHARAKTERISTIKA DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV

1. ČIASTKOVÁ ÚLOHA1. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

DOKONČENIE KALIBRÁCIE PARCIÁLNEHO SÚČINITEĽA SPOĽAHLIVOSTI DOKONČENIE KALIBRÁCIE PARCIÁLNEHO SÚČINITEĽA SPOĽAHLIVOSTI PREVÁDZKOVÉHO ZAŤAŽENIA PRE HODNOTENIE ŽELEZNIČNÝCH PREVÁDZKOVÉHO ZAŤAŽENIA PRE HODNOTENIE ŽELEZNIČNÝCH MOSTOU METÓDOU PREVÁDZKOVEJ ZAŤAŽITEĽNOSTI. MOSTOU METÓDOU PREVÁDZKOVEJ ZAŤAŽITEĽNOSTI.

VYPRACOVANIE METODIKY HODNOTENIA EXISTUJÚCICH MOSTOV VYPRACOVANIE METODIKY HODNOTENIA EXISTUJÚCICH MOSTOV POZEMNÝCH KOMUNIKÁCIÍ REŠPEKTUJÚCA ZÁKLADNÉ SPOĽAHLI - POZEMNÝCH KOMUNIKÁCIÍ REŠPEKTUJÚCA ZÁKLADNÉ SPOĽAHLI - VOSTNÉ PARAMETRE HODNOTENIA VOSTNÉ PARAMETRE HODNOTENIA

AKTUÁLNU ZAŤAŽITEĽNOSŤ MOSTAAKTUÁLNU ZAŤAŽITEĽNOSŤ MOSTA AKTUÁLNY TECHNICKÝ STAV MOSTAAKTUÁLNY TECHNICKÝ STAV MOSTA PRIESTOROVÉ USPORIADANIE NA MOSTE A POD NÍMPRIESTOROVÉ USPORIADANIE NA MOSTE A POD NÍM ŽIVOTNOSŤ MOSTAŽIVOTNOSŤ MOSTA

PRI ZOHĽADNENÍ DOPRAVNÝCH A STAVEBNÝCH KRITÉRIÍPRI ZOHĽADNENÍ DOPRAVNÝCH A STAVEBNÝCH KRITÉRIÍ

INTENZITA DOPRAVY A KATEGÓRIA KOMUNIKÁCIEINTENZITA DOPRAVY A KATEGÓRIA KOMUNIKÁCIE DĹŽKA PREMOSTENIADĹŽKA PREMOSTENIA

CHARAKTERISTIKA DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV

2. ČIASTKOVÁ ÚLOHA2. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

• URČENIE PRIEBEHU ČASOVO PREMENNEJ FUNKCIE PORUCHOVOSTI MOSTNÉHO PRVKU V RÁMCI ŽIVOTNOSTI VIACPRVKOVÉHO MOSTNÉHO SYSTÉMU

• UPRESNENIE UROVNE SPOĽAHLIVOSTI PRE HODNOTENIE KORÓZIOU POSTIHNUTÝCH PRVKOV EXISTUJUCICH MOSTNÝCH KONŠTRUKCIÍ ZOHĽADŇUJÚCEJ VPLYV VÝSLEDKOV PREHLIADOK MOSTOV

CHARAKTERISTIKA DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV

3. ČIASTKOVÁ ÚLOHA3. ČIASTKOVÁ ÚLOHA

• UPRESNENIE ZJEDNODUŠENÉHO POSTUPU VÝPOČTU VNÚTORNÝCH SÍL NA SPOJITÝCH SPRIAHNUTÝCH OCEĽOBETÓNOVÝCH TRÁMOCH, KTORÝ ZOHĽDŇUJE VPLYV TRHLÍN V BETÓNOVEJ DOSKE AKO AJ VPLYV ŤAHOVÉHO SPEVNENIA BETÓNU.

• VZNIK PRIEČNYCH TRHLÍN V DOSKE JE VÝRAZNE OVPLYVNENÝ POLOHOU A USPORIADANÍM PRIEČNEJ VÝSTUŽE. NA URĆENIE ŠÍRKY A ROZMIESTNENIA TRHLÍN V ŤAHANEJ BETÓNOVEJ ČASTI SA ODPORÚČA APLIKOVAŤ VÝPOČET ZALOŽENÝ NA MODELI ŤAHANEJ STRUNY.

• BOL PREUKÁZANÝ POMERNE VYSOKÝ VPLYV ŠMYKU NA ZVISLÉ DEFORMÁCIE SPRIAHNUTĚHO OCEĽOBETÓNOVÉHO TRÁMU.

REALIZÁCIA VÝSLEDKOV V PRAXI

• PREZENTÁCIA VÝSLEDKOV V RÁMCI PUBLIKAČNEJ ČINNOSTI RIEŠITEĽOV

• VYUŽITIE VÝSLEDKOV PRI NÁVRHU KONCEPCIE POČÍ-TAČOM PODPOROVANÉHO SYSTÉMU HOSPODÁRENIA S MOSTNÝMI OBJEKTMI SSC V RÁMCI PROJEKU :

„SYSTÉM HOSPODÁRENIA S MOSTAMI“

„METODIKA STANOVENIA PORADIA NALIEHAVOSTI OPRÁV A REKONŠTRUKCIÍ MOSTOV NA DIAĹNICACH A CESTÁCH I., II. A III. TRIEDY“.

METODIKA STANOVENIA PORADIA NALIEHAVOSTI OPRÁV A REKONŠTRUKCIÍ

MOSTOV NA DIAĽNICIACH A CESTÁCH I.,II. A III. TRIEDY

prof. Ing. JOSEF VIČAN,CSc.Ing. PETER KOTEŠ , Ing. FRANTIŠEK KURČÍK

Mgr. DANA SITÁNYIOVÁ doc. Mgr. JIŘÍ SLAVÍK, CSc.

Ing. MILAN TABÁK

Stavebná fakulta Fakulta riadenia a informatiky

Ústav informačných a komunikačných technológií

• Mosty sú neoddeliteľnou a strategicky významnou súčasťou dopravnej cesty.

• Boli a sú považované za merítko nielen technickej ale aj ekonomickej a kultúrnej úrovne národov.

• Z hľadiska súčasného vývoja je však potrebné tieto parametre hodnotenia rozšíriť na oblasť kvality hospodárenia s existujúcimi mostami.

Stanovenie poradia mostov pre opravy a rekonštrukcie súvisí úzko s problematikou komplexného hodnotenia mostných objektov v prevádzke.

Teda je potrebné stanoviť

metodiku komplexného hodnotenia existujúcich mostov,

matematicky ju interpretovať v uzavretom analytickom tvare,ktorý umožní spracovať hodnotenie v numerickej podobe a zaručídefinovať stratégiu rehabilitácií v mostných objektoch z hľadiskaich objektívnej potreby a naliehavosti.

Hodnotenie mostných objektov

Dva prístupy k hodnoteniu existujúcich mostov :

• klasifikačný prístup Pomocou váhových koeficientov a bodovacích metód ohodnotiť

aktuálny stav mostného objektu - hodnotenie technického stavu

mosta.

• spoľahlivostný prístupKomplexné hodnotenie aktuálneho stavu mosta pomocou

spoľahlivostných kritérií.

SPOĽAHLIVOSTNÉ HODNOTENIE MOSTNÝCH OBJEKTOV

– Základné parametre: zaťažiteľnosť rešpektujúce reálny technický stav mostného objektu priestorové usporiadanie na moste a pod mostom vek mosta resp. jeho zvyšková životnosť

– Vedľajšie parametre: kategória cestnej komunikácie intenzita cestnej premávky, najmä intenzita nákladnej

cestnej dopravy dĺžka obchádzkových trás pri neakceptovateľnej

zaťažiteľnosti mosta alebo nedostatočnom priestorovom usporiadaní

dĺžka premostenia, typ nosnej konštrukcie apod.

PRVÝ NÁVRH METODIKY HODNOTENIA EXISTUJÚCICH MOSTOV

Návrh predpokladal aplikáciu metódy nedostatkových

bodov, ktorými sa zohľadnil vplyv:

• aktuálnej zaťažiteľnosti mosta (BZ),

• šírky priechodného prierezu na moste (BSP),

• výšky priechodného prierezu (BVP) na moste (VPh),

• výšky priechodného prierezu (BVP) pod mostom (VPd),

• zvyškovej životnosti mosta (BZZ)

• intenzity cestnej dopravy (PDI), zvlášť pre osobnú dopravu (PDOI) a zvlášť pre nákladnú dopravu (PDNI)

• dĺžky obchádzkových trás pri neakceptovateľnej zaťažiteľnosti mosta (Do).

n

i ii a

NB W .f (a,b,c,...n)=

=å

kde Wi sú váhové faktory jednotlivých hodnotiacich

parametrov, fi(a,b,c,.,n) predstavujú matematickú interpretáciu vplyvu

hodnotiacich parametrov, a, b, c,..,n sú jednotlivé hodnotiace parametre.

Všeobecnú matematickú formuláciu metódy nedostatkových bodov môžeme vyjadriť rovnicou

V prípade prvého návrhu na základe zvolených hodnotiacich parametrov sa výsledný počet nedostatkových bodov sa určil z rovnice

NB = BZ + BSP + BVP + BZZ pričom NB Є 0,100

Pretože do výpočtu nedostatkových bodov vstupuje niekoľko parametrov, ich jednotlivý vplyv na celkové ohodnotenie mosta musíme zohľadniť váhovými faktormi, pre ktoré platí WZ +WSP + WVP +WZZ = 100,

kde WZ je váha vplyvu aktuálnej zaťažiteľnosti mosta na jeho komplexné hodnotenie,

WSP je váha vplyvu šírky priechodného prierezu na moste, WVP je váha vplyvu výšky priechodného prierezu na moste

a pod mostom, WZZ je váha vplyvu zvyškovej životnosti mosta.

Prvý návrh metodiky hodnotenia bol predstavený MDPaT a SSC a bol posúdený odborníkmi:

• doc. Ing. Ľubomír Boľha, CSc. - STU Bratislava• Ing. Ján Kucharík, CSc. - VUIS Mosty s.r.o., Bratislava• Ing. Peter Seman, aut. Ing. - IVSC Košice• Ing. Vladimír Kochaník - IVSC Banská Bystrica • Ing. Róbert Gavula - IVSC Žilina

Posudky uvedených oponentov boli zhodnotené a relevantnénávrhy úpravy metodiky boli zapracované do druhého modifikovaného návrhu metodiky hodnotenia mostných objektov v prevádzke.

MODIFIKOVANÝ NÁVRH METODIKY HODNOTENIA EXISTUJÚCICH MOSTOV

Návrh rešpektuje zavedenú metódu nedostatkových bodov,ktorá zohľadňuje vplyv:

• aktuálnej zaťažiteľnosti mosta (BZ),• šírky priechodného prierezu na moste (BSP),• výšky priechodného prierezu (BVP) na moste (VPh),• výšky priechodného prierezu (BVP) pod mostom (VPd),• veku mostného objektu (BZZ)• technického stavu mostného objektu (BTS)• intenzity cestnej dopravy (PDI), zvlášť pre osobnú dopravu (PDOI) a

zvlášť pre nákladnú dopravu (PDNI) • celkovej dĺžky premostenia (DP),• kategórie pozemnej komunikácie

Výsledný počet nedostatkových bodov sa opäť určí z rovnice

NB = BZ + BSP + BVP + BZZ + BTS pričom NB Є 0,100

Vplyv jednotlivých parametrov zohľadňujeme váhovými faktormi, pre ktoré platí :

WZ +WSP + WVP +WZZ +W TS = 100,

kde WZ je váha vplyvu aktuálnej zaťažiteľnosti mosta na jeho komplexné hodnotenie,

WSP je váha vplyvu šírky priechodného prierezu na moste,

WVP je váha vplyvu výšky priechodného prierezu na moste a pod mostom,

WZZ je váha vplyvu zvyškovej životnosti mosta. WTS je váha vplyvu aktuálneho technického stavu mosta

VPLYV ZAŤAŽITEĽNOSTI

1nn,max nZ Z D D P P

n,max

V VB W W K W K

V

Pričom BZ > 0 a

Vn,max je maximálna charakteristická hodnota normálnej zaťažiteľnosti mosta v tonách,Vn,max = 50.0 tVn je aktuálna hodnota normálnej zaťažiteľnosti mostného objektu v tonách,WD je váhový faktor vplyvu intenzity cestnej dopravy na moste, WP je váhový faktor vplyvu dĺžky premostenia

n1 je exponent zohľadňujúci kategóriu pozemnej komunikácie.

WD + Wp = 1,0

KD je koeficient zohľadňujúci vplyv intenzity dopravy a

stanoví sa zo vzťahu

PDI je priemerná denná intenzita cestnej dopravy na vyšetrovanom moste (automobilov/deň),PDNI je priemerná denná intenzita nákladnej cestnej dopravy na vyšetrovanom moste,max DI je maximálna denná intenzita cestnej dopravy v rámci hodnotenej cesty, regiónu, republiky atď.,n1, n2 sú súčinitele zdôrazňujúce respekt. korigujúce vplyv osobnej respekt. nákladnej dopravy, pričom 0 < n1 < 1,0 a 0< n2 < 1,0

1 2

PDI PDNI PDNIKD n n

max DI max DI

KP je koeficient zohľadňujúci vplyv dĺžky premostenia

P

DPK

max DP

DP je dĺžka premostenia, max DP je najväčšia dĺžka premostenia v rámci hodnotenej cesty, regiónu, republiky apod.

VPLYV PRIESTOROVÉHO USPORIADANIA

Vplyv šírkového usporiadania na moste môžeme matematicky vyjadriť vzťahom

1nSPSP D D P P

NSP SPB W W K W K

NSP

pričom BSP > 0 a

NSP je normová šírka priechodného prierezu, SP je aktuálna šírka priechodného prierezu na moste. NSP = 11,5 m pre cesty I. triedy, NSP = 9,50 m pre cesty II. triedy, NSP = 7,50 m pre cesty III. triedy

Vplyv výšky priechodného prierezu sa môže matematicky interpretovať nasledovnou formulou

1n

VP VP h d D D P PB 0,5W (VP VP ) W K W K

pričom BVP > 0 a

VPh je vplyv výšky priechodného prierezu na moste, VPd je vplyv výšky priechodného prierezu pod mostom,

Vplyv výšky priechodného prierezu na moste sa vyjadrí vzťahom

h

NVPH VPHVP

NVPH

pričom VPh > 0 a

NVPH je normová hodnota výšky priechodného prierezu na moste,VPH je aktuálna hodnota tohto parametra na moste.NVPH = 4,80 pre cesty I. a II. triedy,NVPH = 4,50 pte cesty III. triedy,NVPH = 4,20 pre miestne a účelové komunikácie.

d

NVPD VPDVP

NVPD

Vplyv výšky priechodného prierezu pod mostom môžeme napísať vzťah v tvare

pričom VPd > 0 a

VPD je aktuálna výška priechodného prierezu pod mostom. NVPD = 6,00 m pre dráhovú komunikáciu, NVPD = 4,80 m pre cestu I. a II. triedy,NVPD = 4,50 m pre cesty III. triedy,NVPD = 4,20 pre miestne a účelové komunikácie, NVPD = 0,50 pre vodoteče,

VPLYV VEKU MOSTA

1nD

ZZ ZZ D D P P

D

RV T RHB W 1 W K W K

T

Pričom BZZ > 0 a

TD je návrhová doba životnosti mosta v rokoch, ktorá sa odporúča uvažovať v hodnote TD = 100 rokov,RV je rok výstavby alebo rekonštrukcie mosta,RH je rok hodnotenia mostného objektu.

VPLYV TECHNICKÉHO STAVU MOSTA

pričom BTS 0 a

TS je hodnotenie aktuálneho technického stavu

mostného objektu.

( ) 1

TS TS D D P P

n7 TSB W 1 W K W K

4

-= - +

æ ö÷ç ÷ç ÷çè ø

Parametrická štúdia

Cesty I., II., III. triedy Váhové parametre sledovaných vplyvov:

• vplyv zaťažiteľnosti : WZ = 30 - 50 • vplyv šírky priechodného prierezu : WSP = 10 - 20• vplyv výšky priechodného priestoru : WVP = 10 - 20• vplyv veku mosta : WZZ = 5 - 10• vplyv technického stavu: WTS = 45 - 25• vplyv intenzity dopravy : WD = 0.6 – 0.8• vplyv dĺžky premostenia : WP = 0.2 – 0.4 • vplyv kategórie komunikácie : n1 = 0.3 – 0.5• vplyv druhu dopravy : n2 = n3 = 1.0

VPLYV VÁH Wz = 30, Wts = 45

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,001 4 7

10

13

16

19

22

25

28

31

34

37

40

43

46

Zaťažiteľnosť

Technický stav

Šírkové usporiadanie

Vek mosta

Nedostatkové body

VPLYV VÁH Wz=45, Wts=30

0,005,00

10,0015,0020,0025,0030,0035,00

1 5 9

13

17

21

25

29

33

37

41

45

Zaťažiteľnosť

Technický stav

Šírkové usporiadanie

Vek mosta

Nedostatkové body

VPLYV VÁH Wz=45, Wts=30

0,005,00

10,0015,0020,0025,0030,0035,00

1 5 9

13

17

21

25

29

33

37

41

45

Zaťažiteľnosť

Technický stav

Nedostatkové body

VPLYV VÁH Wz=30, Wts=45

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

1 5 9

13

17

21

25

29

33

37

41

45

Zaťažiteľnosť

Technický stav

Nedostatkové body

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

Wz=30, Wts=45

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

Wz=45, Wts=30

Vplyv zmeny Wz a Wts na hodnotu Nb

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47

[50,25]

[40,35]

[30,45]

Vplyv zmeny Wz a Wts na hodnotu Nb

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

30,00

35,00

40,00

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 29 31 33 35 37 39 41 43 45 47

[50,25]

[30,45]

[40,35]

ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ