optymalne kszta towanie przekroju pod u nego d wigar w a urowych k adek dla pieszych n.
Download
Skip this Video
Loading SlideShow in 5 Seconds..
OPTYMALNE KSZTAŁTOWANIE PRZEKROJU PODŁUŻNEGO DŹWIGARÓW AŻUROWYCH KŁADEK DLA PIESZYCH PowerPoint Presentation
Download Presentation
OPTYMALNE KSZTAŁTOWANIE PRZEKROJU PODŁUŻNEGO DŹWIGARÓW AŻUROWYCH KŁADEK DLA PIESZYCH

Loading in 2 Seconds...

play fullscreen
1 / 32

OPTYMALNE KSZTAŁTOWANIE PRZEKROJU PODŁUŻNEGO DŹWIGARÓW AŻUROWYCH KŁADEK DLA PIESZYCH - PowerPoint PPT Presentation


  • 116 Views
  • Uploaded on

Cykl seminariów PROJEKTOWANIE, BUDOWA  i  ESTETYKA KŁADEK DLA PIESZYCH Kraków ,  8 października, 5 listopada, 3 grudnia 2003 r. OPTYMALNE KSZTAŁTOWANIE PRZEKROJU PODŁUŻNEGO DŹWIGARÓW AŻUROWYCH KŁADEK DLA PIESZYCH. Wacław Przybyło Stanisław Syguła Jędrzej Zdziechowski WYDZIAŁ BUDOWNICTWA

loader
I am the owner, or an agent authorized to act on behalf of the owner, of the copyrighted work described.
capcha
Download Presentation

PowerPoint Slideshow about 'OPTYMALNE KSZTAŁTOWANIE PRZEKROJU PODŁUŻNEGO DŹWIGARÓW AŻUROWYCH KŁADEK DLA PIESZYCH' - natara


An Image/Link below is provided (as is) to download presentation

Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author.While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server.


- - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - E N D - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -
Presentation Transcript
optymalne kszta towanie przekroju pod u nego d wigar w a urowych k adek dla pieszych

Cykl seminariów

PROJEKTOWANIE, BUDOWA  i  ESTETYKA KŁADEK DLA PIESZYCH

Kraków,  8 października, 5 listopada, 3 grudnia 2003 r.

OPTYMALNE KSZTAŁTOWANIE PRZEKROJU PODŁUŻNEGO DŹWIGARÓW AŻUROWYCH KŁADEK DLA PIESZYCH

Wacław Przybyło

Stanisław Syguła

Jędrzej Zdziechowski

WYDZIAŁ BUDOWNICTWA

POLITECHNIKA CZĘSTOCHOWSKA

wprowadzenie
Wprowadzenie

W latach pięćdziesiątych i sześćdziesiątych wybudowano w Polsce wiele stalowych i zespolonych mostów w ciągu dróg drugorzędnych o belkach głównych ażurowych z otworami sześciobocznymi w środniku.Dźwigary takie bywają nazywane „barzykówkami” (zapewne od nazwiska ich pomysłodawcy - inż. W. Barzykowskiego).

Po kilku, kilkunastu latach użytkowania mostów z tymi belkami zaczęły w nich występować spękania rozpoczynające się od dolnych „rybek”, w sąsiedztwie lub narożu otworu środnika, skierowane ku dolnej półce belki.

Do katastrof doszło około 1970 r. zimą, przy temperaturze -25ºC. Pod ciężkimi pojazdami załamały się dwa mosty w Chałupkach i Osnowcu. Pojazdy spadły z konstrukcjami przęseł do rzeki.

Zniszczone przęsło w Chałupkach miało rozpiętość 22 m, belki ażurowe były zespolone z żelbetowym pomostem.Rozpiętość przęsła w Osnowcu wynosiła 25 m. Pomost był wykonany z dyliny drewnianej. Katastrofalne pęknięcia wystąpiły nagle.

wprowadzenie cd
Wprowadzenie cd...

Spawanie, ekstremalne temperatury oraz koncentracja naprężeń w sąsiedztwie naroży otworów w środnikach, przyspieszyły proces zmęczenia, który wywołał mikrorysy i dalej pęknięcia. Przyczyny pęknięć wyjaśniano na drodze intuicyjnej i doświadczalnej (m.in. przez pomiar naprężeń własnych metodą przecięcia belek). Stan i rozwój metod obliczeniowych w owym czasie nie pozwalał na szczegółową analizę wytężeń dźwigarów ażurowych.

Po katastrofach w Chałupkach i Osnowcu ówczesne Ministerstwo Komunikacji zakazało stosowania belek ażurowych i podjęto przebudowę mostów o takiej konstrukcji. W dalszym ciągu mimo upływu czasu eksploatowane są jednak dalej kładki dla pieszych z dźwigarów tego typu.

wprowadzenie cd1
Wprowadzenie cd...

Uszkodzenie zespolonej kładki dla pieszych o rozpiętości teoretycznej 23,30 m w roku 1998 w Częstochowie przez przejeżdżający pojazd pod obiektem (koparka „Waryński” przewożona na podwoziu MAN pokazało, że również obciążenia poziome zagrażają tym obiektom. Uderzenie spowodowało pęknięcie dwóch z czterech dźwigarów.

Wobec stwierdzonego przyrostu ugięcia w czasie bez wzrostu obciążenia konstrukcję zdemontowano i wymieniono na nową. Przy pomocy metody elementów skończonych podjęto próbę analizy wytężenia dźwigarów przedmiotowej kładki obciążonej w płaszczyźnie pionowej i poziomej.

Obliczenia potwierdziły zgodność stwierdzonych uszkodzeń i ekstremalnych wytężeń. Uzasadnia to dalsze poszukiwania i nowe cele analizy.

cel i zakres analizy
Cel i zakres analizy

Celem analizy jest odpowiedź na pytanie jaki kształt otworu w dźwigarze ażurowym jest najbardziej optymalny z punktu widzenia zmniejszenia zagrożenia bezpieczeństwa budowli w następstwie przeciążenia, karbu i zmęczenia powstałego w efekcie działania obciążeń użytkowych pionowych oraz wystąpienia ewentualnych obciążeń wyjątkowych poziomych (uderzeń).

Analizę numeryczną przeprowadzono na przykładzie uszkodzonej i opisanej kładki dla pieszych w Częstochowie.

Chodzi tu w szczególności o zoptymalizowanie przebiegu wytężeń (naprężeń zredukowanych) i zwiększenie nośności dźwigara ażurowego o zadanej rozpiętości, wysokości przekroju, ilości otworów i zużyciu stali.

W konkretnym przypadku w/w kładki dla pieszych o odpowiedź jak można by było skorygować otwory w środniku aby zmniejszyć zagrożenie uszkodzeniem (zwiększyć nośność).

cel i zakres analizy cd
Cel i zakres analizy cd...

Analizę przeprowadzono dla obciążenia ciężarem własnym i obciążeniem użytkowym p = 1 kN/mb oraz jednostkowym ciężarem poziomym w pobliżu środka P = 1 kN przeanalizowano rozkłady naprężeń w dźwigarze ażurowym powstałym z rozcięcia dwuteownika IPN 550 dla otworu sześciobocznego, kołowego o polu równym polu sześcioboku, kołowego wpisanego w sześciobok, prostokątnego (o polu równym polu sześcioboku) oraz sześciobocznego z zaokrąglonymi narożami (pola praktycznie niezmienione).

model d wigara z otworami prostok tnymi o polu i wysoko ci r wnej otworom sze ciobocznym
Model dźwigara z otworami prostokątnymi o polu i wysokości równej otworom sześciobocznym
slide18
Model dźwigara z otworami sześciobocznymi ze złagodzonymi narożami Pole powierzchni prawie identyczne jak dla dźwigara wyjściowego
widok otwor w sze ciobocznych ze z agodzeniami naro y w rodkowej cz ci d wigara
Widok otworów sześciobocznych ze złagodzeniami naroży, w środkowej części dźwigara

Naroże otworu ze złagodzeniem o średnicy równej 20 mm

Pojedynczy otwór ze złagodzeniem

metoda analizy i uzyskane wyniki
Metoda analizy i uzyskane wyniki

W trakcie analizy wcześniej opisanych modeli dźwigara ażurowego zastosowano autorski system obliczeniowy FEMA-MES oparty na zmodyfikowanej metodzie elementów skończonych. Przy pomocy tego programu możliwa jest analiza konstrukcji posiadających 100000 – 1 węzłów, co daje nam 600000 – 6 równań (stopni swobody). Dzięki tak dużej liczbie węzłów możliwe jest bardzo dokładne zamodelowanie rzeczywistej konstrukcji.

Z powodu bardzo dużej objętości zadań, a co za tym idzie wielkości plików dyskowych, które uniemożliwiały przeprowadzenie obliczeń pod systemem operacyjnym Windows bądź DOS, obliczenia zostały wykonane pod bezpłatnym systemem LINUX.

Dzięki wielozadaniowości tegoż systemu możliwe było przeprowadzenie obliczeń kilku zadań jednocześnie.

metoda analizy i uzyskane wyniki cd
Metoda analizy i uzyskane wyniki cd...

Ponieważ celem analizy było uzyskanie jak najbardziej dokładnych wyników, dźwigar został zamodelowany z elementów powłokowych co pozwoliło na oddanie przestrzennej pracy konstrukcji. Dzięki temu możliwa jest analiza wytężenia dźwigara w wielu miejscach jednocześnie.

Wyniki obliczeń przedstawiono na kolejnych rysunkach.

slide22
Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami sześciobocznymi; od obciążenia ciężarem własnym i obciążeniem użytkowym p = 1 kN/mb

Środkowa część - najbardziej wytężona

slide23
Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami kołowymi; od obciążenia ciężarem własnym i obciążeniem użytkowym p = 1 kN/mb

Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami prostokątnymi; od obciążenia ciężarem własnym i obciążeniem użytkowym p = 1 kN/mb

rozk ad napr e w d wigarze z otworami sze ciobocznymi obci onym poziom si p 1 kn od uderzenia
Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami sześciobocznymi obciążonym poziomą siłą P = 1 kN (od uderzenia)
slide25
Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami sześciobocznymi w pobliżu miejsca występowania wartości maksymalnych (lewe dolne naroże otworu)
slide26

Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami w kształcie kół, o polach równych polom sześcioboków, w pobliżu występowania ekstremalnych wartości (dolna półka)

slide27

Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami w kształcie kół wpisanych w sześcioboki (naprężenie maksymalne występuje w dolnej półce dźwigara na lewo od osi symetrii)

slide28
Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami w kształcie prostokąta (maksymalne naprężenia występują w dolnym pasie na prawo od osi symetrii)
slide29

Rozkład naprężeń w dźwigarze z otworami w kształcie prostokąta w okolicy występowania maksymalnych naprężeń w dźwigarze z otworami sześciokątnymi

wnioski i uwagi ko cowe
Wnioski i uwagi końcowe
  • Analiza i obliczenia pokazują, że zarówno od obciążeń pionowych jak i poziomych (uderzenia) ekstremalne naprężenia zredukowane (Hubera), decydujące o zniszczeniu, występują w dolnych narożach dźwigarów ażurowychz otworami sześciokątnymi (i są większe niż na stopce dolnej dźwigara ok. 15%).
  • Zaobserwowane pęknięcia od obciążeń pionowych i poziomych wystąpiły w punktach ekstremalnych wytężeń co potwierdza adekwatność zastosowanego modelu obliczeniowego.
  • Złagodzenie naroży wycięć sześciobocznych środnika (Ø20mm) w sposób wyraźny wpływa na rozkład naprężeń w dźwigarze i wyrównuje ich wartości w dolnej części otworu (ów). W pobliżu środnika rozpiętości dźwigara maksymalne naprężenia występują na dolnej jego stopce.
wnioski i uwagi ko cowe cd
Wnioski i uwagi końcowe cd...
  • Otwory prostokątne w środniku, których pola i wysokość równe są odpowiednio danym sześcioboku powodują zmniejszenie wartości naprężeń na obwodzie wycięć oraz przeniesienie maksimum na pas dolny (problem karbu pozostaje).
  • Zastosowanie wycięcia kołowego o polu równym polu sześcioboku, rozkłada obciążenia na obwodzie koła, likwiduje spiętrzenia naprężeń i przenosi ich ekstremum na dolną półkę dźwigara. Podobny rezultat otrzymujemy gdy w środniku stosujemy otwory kołowe o średnicy koła wpisanego w w/w sześciobok. Analogiczne naprężenia mają tu nieznacznie większe wartości.
wnioski i uwagi ko cowe cd1
Wnioski i uwagi końcowe cd...
  • Zastosowanie otworów kołowych w stalowych dźwigarach ażurowychuznać należy zatem za rozwiązanie optymalne. Ich rozstaw i średnica to w ogólności kolejny problem optymalnego kształtowania obiektów mostowych.
  • Odpowiadając na postawiony jeden z celów artykułu stwierdzić należy, że wystarczyło ostre naroże otworów cytowanej kładki nieznacznie zaokrąglić aby poprawić jej bezpieczeństwo.