Szepeshzi Rbert Szchenyi Istvn Egyetem Gyr Hdfk viselkedsnek

Szepesházi Róbert Széchenyi István Egyetem, Győr Hídfők viselkedésének modellezése

Hídfő = bonyolult szerkezet • kölcsönhatások altalaj – cölöpalap – töltés – hídfőfal – úszólemez – felszerkezet – jármű • folyamatos változások építési fázisok és üzemelés geometria, terhelés, merevség, terhelés, talajjellemzők • geotechnikailag gyakran különleges körülmények gyenge altalaj összenyomódása és oldalkitérése, speciális töltésalapozás túltöltés, visszabontás, cölöpözés a töltésről, újratöltés egysoros cölöpcsoport, vízszintes cölöpteher, negatív köpenysúrlódás háttöltés tömörödése, úszólemez aláüregelődése, lépcsőképződés • tervezési kompetencia bizonytalansága többszereplős (geotechnikai, tartószerkezeti, út) tervezés

A hídfők geotechnikai tervezésének dimenziói • Teljesítőképesség, méretezés • speciális töltésalapozási módszerek szükségessége, tervezése • függőleges és vízszintes cölöpteherbírás ellenőrzése • függőleges és vízszintes elmozdulások számítása, elfogadása • Technológia, építésütemezés • töltésalapozási technológia kiválasztása • cölöpöző géplánc felvonulásainak száma • konszolidációs idők kivárása • túltöltés, visszabontás, újraépítése • felszerkezet építhetősége • Tervezési-kivitelezési kompetencia, felelősség • geotechnikai szakvélemény – hídterv – útterv – organizációs terv • geotechnikus – úttervező - tartószerkezeti tervező – projektvezető • építtető – mérnök – vállalkozó – tervező – geotechnikai altervező

A hídfők tervezésének jelenlegi rendje, munkamegosztása

Jelenlegi tervezési rend Geotechnikai szakvélemény • Talajvizsgálati jelentés • talaj- és talajvízviszonyok leírása • talajparaméterek megadása • Cölöptervezés • egyedi cölöp függőleges határereje • cölöpcsoport süllyedése • próbaterhelés előírása • Háttöltés • javaslat a talajjavításra vagy ütemezett építésre, túltöltésre • töltésmozgás előrejelzése, mérésének előírása és értékelése • töltésanyag, -tömörség előírása

Jelenlegi tervezési rend Hídépítési terv • Műszaki leírás és általános terv • talaj- és talajvízviszonyok ismétlése • cölöpadatok ismertetése • háttöltés anyagának előírása • próbaterhelés előírása • Statikai számítás • egyedi cölöp terhelésének számítása és ellenőrzése • egyedi cölöp nyomatéki ellenőrzése vízszintes terhelés miatt • úszólemez vasalása ökölszabály szerint

Jelenlegi tervezési rend Útépítési terv • Műszaki leírás és hossz-szelvény • talaj- és talajvízviszonyok ismertetése • töltésalapozási megoldás ismertetése • töltésanyagok előírásai • süllyedésmérési helyek

A hídfők összetett viselkedéséből és sajátos tervezési rendjéből eredő problémák 3 esettanulmány

M 30 autópálya Miskolc-Szerencs vasútvonal feletti 6. sz. híd

M 30 autpálya Miskolc-Szerencs vasútvonal feletti 6. sz. híd

M 30 autpálya Miskolc-Szerencs vasútvonal feletti 6. sz. híd

M 30 autpálya 6. sz. híd a Miskolc-Szerencs vasútvonal felett • Probléma • süllyedésmérések: nagymértékű, alig lassuló mozgások • idő: közelgő átadási határidő • kérdés: elkészíthető-e a pályalemez? • kockázat: károsodás ↔ kötbér • Vizsgálatok • mért süllyedések arányainak értékelése • hagyományos süllyedés- és konszolidációszámítás • még várható süllyedések és süllyedéskülönbségek becslése • mozgások ráterhelése a felszerkezetre • Javaslat • túltöltés a hídfő fölött-mellett, ameddig lehet • elkészíthető a felszerkezet és az aszfaltréteg az átadás előtt

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z-31 műtárgy • töltésmagasság 14 m, • rézsűhajlás keresztirányban 1: 2, hosszirányban 1: 1, 5 • puha agyag és iszap → kavicscölöp 1, 5 m / 60 cm • CFA-cölöp D=80 cm pannon agyagban hídfő: 12 db, pillér: 17 db • süllyedésmérés a háttöltés alatt

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z-31 műtárgy • kavicscölöpözés után közbenső támaszok cölöpözése • nagyon gyors (nem dokumentált) töltésépítés • 25 cm süllyedés a korona alatt 10 cm emelkedés a lábnál • a patakmeder „feltöltődik”, visszaduzzaszt • a közbenső támaszok oszlopai 20 cm-t befelé dőltek • hídfők cölöpözése után további mozgások • mi történt a cölöpökkel, felhelyezhetők-e a tartók

Modellezés Plaxis-programmal

Alkalmazható-e M 7 autópálya Z 07 műtárgy 80 CFA-cölöp helyett 53/73 SCREW-cölöp?

M 7 autópálya Balatonkeresztúr - Nagykanizsa Z-07 jelű műtárgy Egyedi cölöp vizsgálata vízszintes terhelésre rugómodellel

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy Az építési-terhelési folyamat vizsgálata a PLAXIS-programban HS-talajmodellel • kezdeti (esetleg javított) állapot • töltésépítés 1, 5 m túltöltéssel • töltésvisszaszedés a hídfőépítéshez • cölöp + hídfő építése („kinullázott” elmozdulásokra) • felszerkezeti állandó terhek biztonsági tényezőkkel • háttöltés és előtöltés visszaépítése • úszólemez csuklós csatlakozással • üzemi állapot kb. 20 k. Pa kocsipálya-terheléssel

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy A töltés okozta süllyedések a PLAXIS szerint

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy A töltés okozta vízszintes mozgások a PLAXIS szerint

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy Süllyedések a töltés visszabontása utána a PLAXIS szerint

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy A deformált háló az üzemi állapotban a PLAXIS szerint

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy A függőleges elmozdulások üzemi állapotban a PLAXIS szerint

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy Vízszintes elmozdulások üzemi állapotban a PLAXIS szerint

M 7 autópálya Nagykanizsa-Becsehely Z 07 műtárgy Cölöpigénybevételek üzemi állapotban a PLAXIS szerint

Az Eurocode 7 hídfőkre vonatkoztatható követelményei

EUROCODE 7 Cölöpalapozás Ajánlatos figyelemmel lenni a következő tervezési állapotokra, melyek a cölöpökre keresztirányú hatásokat eredményezhetnek: – különböző mértékű terhelés a cölöpalap különböző oldalain (pl. egy töltésben vagy annak közelében); A cölöpalapok keresztirányú terhelését általában a merev vagy hajlékony gerendaként modellezett cölöpök és a mozgó talajtömeg közötti kölcsönhatás vizsgálatával ajánlatos megállapítani.

EUROCODE 7 Töltések • Gyenge altalajon épülő töltések esetén olyan kivitelezési folyamatot kell előírni, mely biztosítja, hogy a teherbíró képességet nem lépik túl, és a kivitelezés közben nem fordulnak elő túlzottan nagy mozgások. • Ha talajjavítást írnak elő, ajánlatos a kezelendő talaj térfogatát kellő ráhagyással tervezni, hogy ne legyenek káros alakváltozások. • Ahol a töltést utak vagy vízfolyások keresztezik, különös figyelmet kell fordítani a különböző szerkezetek térbeli kölcsönhatásaira. • Ki kell mutatni, hogy a töltések alakváltozásai miatt nem következik be használhatósági határállapot a töltésben, illetve a rajta, benne vagy közelében levő tartószerkezetekben, utakban és közművekben.

EUROCODE 7 Műszaki felügyelet, megfigyelés, fenntartás • A töltések megfigyelése szükséges, ha a tartószerkezeteket és a közműveket érő károsító hatások ellenőrzését kívánják meg. • A műszaki felügyelet és megfigyelés programját a geotechnikai terv részeként kell elkészíteni, előírva az észlelések értékelését és az annak alapján szükséges tennivalókat. • A 2. geotechnikai kategória esetén a teljesítőképességet a tartószerkezet mozgásmérései alapján kell értékelni. • Értékelni és értelmezni kell a megfigyelés eredményeit, és ez általában számszerűsített formában valósuljon meg.

A hídfők tervezésének fejlesztése

A hídfők cölöpalapozásának sajátos problémái 1. Függőleges teherbírás • Negatív köpenysúrlódás • teherként való figyelembevétele túlzott óvatosság • cölöpözés a konszolidáció után időveszteség, többszöri felvonulás • a hídfő alatti földtömeg süllyedése kisebb többszöri felvonulás cölöphossz és -helyzet a hátralevő süllyedések beszámításával méretezés véges elemes komplex modellezéssel • Teherbírás-meghatározás • töltésbeli palástellenállás elhanyagolása fölösleges cölöpméretek • előzetes próbaterhelés többletfelvonulás, időveszteség, pénzvita • egy próbaterhelés, ahol lehet lokális változások kezelése nehéz méretezés sok, jól elosztott CPT alapján ellenőrzés néhány dinamikus próbaterheléssel

A hídfők cölöpalapozásának sajátos problémái 2. Keresztirányú teherbírás • Keresztirányú terhelés • nyugalmi földnyomás figyelembevétele túlzott terhek • egysoros cölöpalapozás nyomatékok a cölöpben • Keresztirányú teherviselés modellezése • töltésbeli, felszínközeli befogás elhanyagolása nagy nyomaték • rugóállandó óvatos felvétele túlzott mozgások előrejelzése • Teherbírás ellenőrzése • egyidejű nyomatékok és normálerők becslése túlméretezés • megengedett mozgások óvatos megadása túlméretezés véges elemes komplex modellezéssel elmozdulások ráterhelése a felszerkezetre

FEM-modellezési elvek • síkbeli modellezés használatos, de terjedőben van az előnyösebb térbeli modellezés, de ennek költségei még magasak • felkeményedő talajmodell alkalmazása ajánlatos vagy a lineáris modellek paramétereinek menetközbeni javítása • talajparaméterek karakterisztikus értékével helyes számolni a kritikus jellemzők paramétereinek hatásvizsgálatával • monitoring alapján back-analysis, mihelyst lehetséges szükség vagy megtakarítási lehetőség esetén tervmódosítás • a FEM-számítás eredménye igénybevétel, mozgás karakterisztikus értéke • igénybevételek tervezési értéke igénybevétel karakterisztikus értéke parciális tényezők • megengedhető mozgás megállapítása a felszerkezet statikájából az alapmozgások ráterhelésével • általános állékonyság ellenőrzése iterációval

Építési-terhelési fázisok • kezdeti vagy javított állapot • töltésépítés túltöltéssel drénezetlenül • konszolidációszámítása adott időtartamra • töltésvisszaszedés a hídfőépítéshez • cölöp + hídfő építése („kinullázott” elmozdulásokra) • felszerkezeti állandó terhek • háttöltés és előtöltés visszaépítése • úszólemez (csuklós csatlakozással) • üzemi állapot jármű- és háttöltés-terheléssel • az általános állékonyság ellenőrzésére („phi-c redukciós számítás”)

Kompetencia: új típusú kooperáció vagy piaci harc? • A hagyományos tervezési rend rossz, nem tartható fenn! • Eurocode 7: talajvizsgálati jelentés és geotechnikai terv! • Geotechnikai terv: földmű, töltésalapozás, híd, támszerkezetek, alagút. • Tartószerkezeti tervező – hiányos geotechnikai tudás. • Geotechnikai tervező – hiányos szerkezettervezési tudás. • Úttervező: hiányos geotechnikai és szerkezettervezői tudás. • Kooperáció szabályozása: globálisan, kétoldalúan tartósan vagy alkalmilag? • Komplex mérnökirodák? • Hídirodák geotechnikai és geotechnikai cégek statikai fejlesztése? • Speciális mélyépítő cégek megjelenése a tervezési piacon?