Download - KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

Transcript
Page 1: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

VYSOKÉ U�ENÍ TECHNICKÉ V BRN�BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STAVEBNÍ ÚSTAV BETONOVÝCH A ZD�NÝCH KONSTRUKCÍ

FACULTY OF CIVIL ENGINEERINGINSTITUTE OF CONCRETE AND MASONRY STRUCTURES

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSUSTRESS RIBBON STRUCTURE

DIPLOMOVÁ PRÁCEDIPLOMA THESIS

AUTOR PRÁCE BC. LUCIE SEDLÁ�OVÁ AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE Ing. RADIM NE�AS, Ph.D.SUPERVISOR

BRNO 2015

Page 2: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp
Page 3: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp
Page 4: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

Abstrakt �

P�edm�tem diplomové práce je navržení lávky pro p�ší p�es údolí. Nejprve došlo ke srovnání t�í

variant lávek, ze kterých byla vybrána varianta p�edpjatého betonového pásu. Hlavní náplní této práce je pak návrh této konstrukce, vytvo�ení modelu v programu Ansys 12.1 a následné posouzení dle platných norem.

Klí�ová slova

p�edpjatý pás, lávka pro p�ší, lano, prefabrikovaný, betonový segment

Abstract �

The diploma thesis deals with a project of a pedestrian bridge across the valley. At first, there was a comparison of three options of a bridge, then the option of a prestressed concrete band was selected. The main aim of the diploma thesis is the design of the construction, the creation of a model in the programme Ansys 12.1 and the subsequent assessment in accordance with the current regulations.

Keywords

stress ribbon bridge, pedestrian bridge, cable, precast,concrete segment

Page 5: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

Bibliografická citace VŠKP

Bc. Lucie Sedlá�ová Konstrukce p�edpjatého pásu. Brno, 2015.31 s., 199 s. p�íl. Diplomová práce. Vysoké u�ení technické v Brn�, Fakulta stavební, Ústav betonových a zd�ných konstrukcí. Vedoucí práce Ing. Radim Ne�as, Ph.D.

Page 6: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

Prohlášení: Prohlašuji, že jsem diplomovou práci zpracoval(a) samostatn� a že jsem uvedl(a) všechny použité informa�ní zdroje.

V Brn� dne 16.1.2015

………………………………………………………

podpis autora Bc. Lucie Sedlá�ová

Page 7: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

Pod�kování: Cht�la bych na tomto míst� pod�kovat vedoucímu diplomové práce Ing. Radimu Ne�asovi, Ph.D za jeho odborné rady a �as, který v�noval konzultacím této diplomové práce.

V Brn� dne 16.1.2015

………………………………………………………

podpis autora Bc. Lucie Sedlá�ová

Page 8: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

7

Obsah �

���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���� �������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���� �!�"#���!$�"%��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����&�'(����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

���)'�*���+,���-��+��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

����./0����*���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������1�

���2' �3�+'�*���+4����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5�

����6' 73���*(�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5�

������8�*'�/����3�0��(' �3�������������������������������������������������������������������������������������������������������9�

�����:���;�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

������)'(����4��0���;����������������������������������������������������������������������������������������������������������������

�������'����'�/�����*(��<'�/���+'�*���+4����������������������������������������������������������������������������������

���6��,���*(���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������1�

�������-',�����(' �3�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������1�

����:���;�������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������1�

1��6'*'�0����+'�*���+4���������������������������������������������������������������������������������������������������������������������5�

1���2�0���*����-'�;���3�'*������������������������������������������������������������������������������������������������������������5�

1�����2��' ��'(�0������-�������������������������������������������������������������������������������������������������������5�

1����6'*'�0������-���������'�/�*+7���0��;������������������������������������������������������������������������������5�

1�����6'*'�0������-������-�� -���4����0��;�������������������������������������������������������������������������������5�

1������(�0����-����'��������������������������������������������������������������������������������������������������������������5�

1��2�0���*����=�'*�'*�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������9�

1����6' 73���*(���+'�*���+4���������������������������������������������������������������������������������������������������9�

1���6��,���*(���+'�*���+4������������������������������������������������������������������������������������������������������9�

Page 9: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

8

>������(�4+/����3�0��+'�*���+4�������������������������������������������������������������������������������������������������������9�

5��:/�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

9��6�?@$%#�A$%B!�%?!�����.%C�!B������������������������������������������������������������������������������������������������

���B:"�2�6DEA�F��������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������

Page 10: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

9

1. Úvod

Cílem této diplomové práce bylo p�emost�ní fiktivního, pom�rn� hlubokého údolí

s vodním tokem. Nejprve byly navrženy t�i studie možného �ešení a jejich porovnáním

byla vybrána vhodná varianta. Následn� došlo k podrobn�jšímu návrhu vybrané varianty

a jejího posouzení dle platných norem v�etn� základní dynamické analýzy chování lávky

p�i pohybu chodc� na konstrukci.

2. Studie variant �ešení

Varianty �ešení se zam��ují na návrh konstrukce pro p�emost�ní hlubokého údolí

s vodním tokem o maximální ší�ce 88,5m v p�í�ném �ezu. S ohledem na daný p�edpoklad

byly vytvo�eny 3 možné studie �ešení.

2.1 Varianta A

Studie Varianty A byla navržena jako zav�šená lávka s jedním šikmým pylonem na levé

stran� údolí. Mostovka je tvo�ena prefabrikovanými segmenty o ší�ce 4,90m, s volnou

ší�kou pro pohyb chodc� 3,50m. Délka segmentu pak �iní 3,00m. Mostovka je

podporována záv�sy, které vybíhají z šikmého betonového pylonu výšky 27,5m a jsou

uspo�ádány semi – harfov�. Na druhou stranu záv�sy, které zajiš�ují ukotvení pylonu

v základovém bloku, tvo�í rovnob�žné uspo�ádání. Založení pylonu je provedeno

betonovou patkou, která zprost�edkovává p�enos sil od zatížení pylonu p�es piloty do

únosné základové p�dy.

Page 11: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

10

Podélný �ez Varianty A:

P�í�ný �ez Varianty A:

Page 12: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

11

2.2 Varianta B

Jako Varianta B byla navržena lávka ve st�ední �ásti podporovaná ocelovými oblouky.

Mostovka je mezilehlá mezi dv�ma oblouky a je tvo�ena prefabrikovanými segmenty délky

3,00m, které jsou záv�sy p�ipojeny k ocelovým oblouk�m o vzep�tí f = 12,62m. Ší�ka

segmentu je 4,40m s volnou ší�kou pro pohyb chodc� 3,50m. Jedná se o samokotvený

systém, který zajiš�uje pomocí tla�ené vzp�ry, spojující základovou patku oblouku se

základovou patkou mostovky, p�enos horizontální složky obloukové síly do mostovky.

Svislá reakce je pak p�enesena do základové p�dy pomocí pilot.

Podélný �ez Varianty B:

P�í�ný �ez Varianty B:

Page 13: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

12

2.3 Varianta C

Variantu C tvo�í konstrukce p�edpjatého betonového pásu. Mostovka je tvo�ena

prefabrikovanými betonovými segmenty délky 3,00m a ší�ky 4,50m, které jsou

podporovány kabely lan montážních a p�edpínacích. Geometrie mostovky má tvar

paraboly 2°, s délkou p�emost�ní L = 84,00m a vzep�tím f = 1,68m. Základy jsou tvo�eny

betonovými bloky s parabolickými monolitickými náb�hy délky Ln = 6,00 m a maximální

výškou u kraje op�ry h = 0,784m. Základové bloky jsou pak ukotveny do únosné

základové vrstvy pomocí mikropilot.

Podélný �ez Varianty B:

P�í�ný �ez Varianty B:

Page 14: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

13

2.4 Výb�r varianty

Pro podrobn�jší zpracování této diplomové práce byla vybrána Varianta C, tedy varianta

konstrukce p�edpjatého pásu. Tato varianta byla vybrána v souladu se zadáním

diplomové práce a z následujících dalších d�vod�. Konstrukce p�edpjatého pásu p�sobí

velmi tence a lehce a nejmí� bude narušovat p�vodní ráz dané lokality. Navíc je vhodná

pro p�emost�ní hlubokého údolí s nep�ístupným terénem vzhledem k postupu výstavby,

který je zcela nezávislý na terénu pod danou lávkou. Tímto výb�r varianty zohled�uje také

ekonomické hledisko, protože se �ešení obejde bez nákladných zemních úprav pro

p�ístup pod konstrukci p�edpjatého pásu.

3. VYBRANÁ VARIANTA

Jak už bylo �e�eno výše, pro podrobné zpracování byla vybrána Varianta C, tedy

konstrukce p�edpjatého betonového pásu.

3.1 Geometrie

P�edpjatý pás mostovky je tvo�en parabolou 2°. Hlavním kritériem, p�i návrhu podélného

sm�ru výchozího, stavu konstrukce byl maximální možný sklon pro pohyb osob,

s omezenou schopností pohybu. Norma udává maximální sklon pro bezbariérový p�ístup

na šikmých pochozích plochách hodnotou 1:12 (8,333%).

Page 15: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

14

P�i délce rozp�tí paraboly L = 84,00m bylo proto navrženo vzep�tí konstrukce dle vztahu:

f = (L/2 . 2p)/2

- na hodnotu f = 1,68m.

3.2 Konstruk�ní prvky varianty

Mostovka

Mostovka je tvo�ena prefabrikovanými betonovými segmenty délky 3,00m a ší�ky 4,50m

s volnou ší�kou pro pohyb chodc� o hodnot� 3,50m. Geometrie segmentu má prom�nný

pr��ez s minimální tlouš�kou v úrovni volné ší�ky p�evád�né komunikace o hodnot�

0,170m. Celý segment byl pak navržen jako kazetový, tedy s vyleh�ením ve st�ední �ásti,

a u okraj�, kde bude docházet ke zmonolitn�ní segment� p�echází pr��ez z vyleh�eného

do plného, aby bylo zajišt�no pevn�jší spojení segment�.

Pro mostovku byl navržen beton t�ídy C50/60.

Montážní lana:

Montážní lana jsou �ešena jako soudržná, ve form� svazk�, rozložená v mostovce

symetricky na obou stranách okraje volné ší�ky p�evád�né komunikace. Jejich

zainjektování bude �ešeno dobetonávkou na stavb� zárove� se zmonolitn�ním segment�.

Na každé stran� je umíst�no 42ks lan ve 3 svazcích po 14-ti lanech.

Page 16: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

15

Pro montážní lana byla navržena lana typu Y 1860 S7 - 15,2 – A o celkové ploše Ap =

0,01176m2.

P�edpínací lana

P�edpínací lana jsou navržena jako soudržná, ve form� monostrand� v polyethylenových

trubkách o pr�m�ru 63mm. V konstrukci bude umíst�no 10 7-mi lanových kabel�,

rozložených symetricky po volné ší�ce p�evád�né komunikace.

Pro p�edpínací lana byla navržena lana typu Y 1860 S7 - 15,2 – A o celkové ploše Ap =

0,00980m2.

3.3 Fáze výstavby

Fáze 1:

V první fázi dojde k p�íprav� staveništ� a následn� k výkopovým pracím pro vybudování

základ� a betonových op�r konstrukce.

Page 17: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

16

Fáze 2

Dále dojde k p�edvrtání a osazení mikropilot. Vybetonování základ� a betonových op�r

lávky. Následn� se p�edepne �ást mikropilot.

Fáze 3

Po dosažení dostate�né pevnosti betonu op�r dojde k natažení montážních lan a jejich

následné p�edepnutí silou, vyrovnávající vlastní tíhu segment� mostovky. Zárove� dojde

k p�edepnutí zbylých mikropilot a za�ne vysouvání prefabrikovaných segment� do

požadované pozice. Segmenty se budou osazovat od st�edního segmentu sm�rem ke

kraj�m symetricky z obou stran.

Page 18: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

17

Fáze 4

Po osazení všech segment� dojde k vybudování bedn�ní pro monolitický náb�h u obou

krajních betonových op�r a k jejich následnému vybetonování.

Fáze 5

Po ztvrdnutí náb�h� dojde k vybetonování spár mezi segmenty, �ím dojde k jejich

zmonolitn�ní, a dále bude aplikována betonová sm�s k zabetonování montážních lan.

Týden po vybetonování dojde k dopnutí montážních lan a p�edepnutí lan p�edpínacích.

Následn� se osadí zábradlí a zábradelní zídky a provedou se finální zemní úpravy v okolí

lávky. Po všech finálních úpravách bude konstrukce uvedena do provozu.

4. Model konstrukce

4.1 Podélný sm�r

Model pro podélný sm�r konstrukce byl zhotoven v programu Ansys 12.1. Tento program

byl zvolen hlavn� z d�vodu nutnosti zavedení �asové analýzy do modelu, která

Page 19: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

18

zohled�uje postup výstavby konstrukce. Dále pak bylo využito možnosti nelineárních

výpo�t�, kterou program Ansys také umož�uje.

4.1.1 �asová analýza modelu

Montážní stav – time 0

Montážní stav p�edstavuje �as výstavby mostu ve chvíli, kdy jsou p�edepnuta pouze

montážní lana a všechny segmenty mostovky jsou nainstalovány na požadovaná místa na

konstrukci, ale ješt� nedošlo k jejich zmonolitn�ní. To znamená, že se konstrukce chová

jako dokonale ohebné vlákno. P�edpínací síla v montážních lanech, která je nutná

k zachycení vlastní tíhy od segment�, byla stanovena itera�n� na prost� podep�eném

modelu tak, aby došlo k tém�� nulové deformaci na konstrukci. Montážní stav byl

vyhodnocen na prost� podep�eném modelu.

Deformace na modelu v montážním stavu:

Page 20: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

19

Normálové síly v montážním stavu:

Ohybové momenty v montážním stavu:

Na vykreslení vnit�ních sil v montážním stavu konstrukce m�žeme vid�t, že ješt� nedošlo

ke spojení segment� s op�rami a ke spojení segment� vzájemn� mezi sebou. To

znamená, že segmenty spolu nespolup�sobí a normálové síly jsou minimální.

Page 21: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

20

Výchozí stav – time 1

Ve výchozím stavu dojde k probetonování spár mezi segmenty a jejich vetknutí do

základových blok� p�es monolitické náb�hy. Konstrukce se proto p�estává chovat jako

dokonale ohebné lano, ale stává se z ní p�edpjatý pás. Dále dojde k dopnutí montážních

lan a vnesení finálního p�edp�tí do konstrukce p�edpínacími lany. V tomto �ase také dojde

k zatížení konstrukce ostatním stálým zatížení, což v tomto p�ípad� zahrnuje zábradlí

osazené na mostovce.

Deformace ve výchozím stavu modelu:

Normálové síly ve výchozím stavu:

Page 22: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

21

Ohybové momenty v montážním stavu:

Provozní stav – time 3

V tomto �ase dochází k zahájení provozu konstrukce. V modelu dojde k aplikaci

provozních zatížení na model a jejich kombinace. Vykreslení deformací a vnit�ních sil

kombinací zatížení je obsažen v p�íloze P4.1 Vykreslení vnit�ních sil.

Kone�ný stav – time �

Jedná se o stav na konci životnosti konstrukce, která je navržená na hodnotu 100let. Na

model jsou aplikovány všechny ztráty a zm�ny zp�sobené dotvarováním a smrš�ováním

betonu.

Ztráty na konstrukci se projeví poklesem normálové síly na konstrukci.

Page 23: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

22

Normálové síly na za�átku životnosti konstrukce:

Normálové síly na konci životnosti konstrukce:

- aplikace dlouhodobých ztrát, hodnot dotvarování a smrš�ování

Page 24: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

23

4.1.2 Zatížení

Vlastní tíha

Vlastní tíha je generována p�ímo programem Ansys za pomoci objemových hmotností

daných materiál� a tíhového zrychlení. Viz Statický výpo�et kap. 3.1.1.

P�edp�tí

P�edp�tí bylo na konstrukci zavedeno pomocí pom�rného p�etvo�ení montážních a

p�edpínacích lan dle vztahu:

� � ����

Postup a hodnoty pom�rných p�etvo�ení jsou uvedeny v p�íloze Statický výpo�et

kap.3.1.3.

Ostatní stálé zatížení

Ostatní stálé zatížení zahrnuje zatížení konstrukce zábradlím umíst�ným na okraji

pr��ezu. Jedná se o liniové zatížení velikosti g = 1,00kN/m.

Zatížení chodci

Užitné zatížení davem chodc� bylo aplikováno na konstrukci ve t�ech zat�žovacích

stavech:

ZS1 – Zatížení na celé délce konstrukce

.

Page 25: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

24

ZS2 – Zatížení na polovin� konstrukce

ZS3 – Zatížení na st�edu konstrukce

Zatížení teplotou

Zatížení teplotou je stanoveno na konstrukci dle normy SN EN 1991 – 1 -4 viz Statický

výpo�et kap. 3.2.2.

4.1.3 Kombinace zatížení

Byly stanoveny kombinace pro mezní stav únosnosti a mezní stav použitelnosti. Hodnoty

zatížení byly regulovány dle odpovídajících sou�initel�, viz Statický výpo�et kap. 4.

4.1.4 Dotvarování a smrš�ování konstrukce

Dotvarování a smrš�ování konstrukce bylo vypo�ítáno dle normy SN EN 1992 – 1 -1

P�íloha B. Zm�ny od dotvarování a smrš�ování na konci životnosti konstrukce byly pak do

modelu zadány zm�nou modulu pružnosti dle vztahu:

Eeff = �

�� � ��

Page 26: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

25

4.2 P�í�ný sm�r

4.2.1 Výpo�etní model

Výpo�et pro p�í�ný sm�r byl vytvo�en v programu Scia Engineer 2012. Model p�í�ného

sm�ru byl �ešen jako spojitý nosník tvo�ený 5-ti segmenty. Tento model vyjad�uje stav po

zmonolitn�ní mostovky. Vzhledem k tomu, že segment obsahuje vyleh�ení, byl tedy

modelován, jako deska s prom�nnou tlouš�kou a žebry, které p�edstavují plný pr��ez na

spojích mezi segmenty. Podep�ení bylo navrženo liniové, na stranu bezpe�nou pouze

v místech p�sobení montážních lan.

Model pro výpo�et p�í�ného sm�ru:

4.2.2 Zatížení

Vlastní tíha:

Vlastní tíha konstrukce je generována p�ímo programem Scia Engineer.

Page 27: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

26

Ostatní stálé:

Vzhledem ke zjednodušení modelu pro výpo�et, byl vytvo�en tento zat�žovací stav, který

obsahuje zbylé �ásti vlastní tíhy konstrukce, které nejsou zahrnuty v zat�žovacím stavu

vlastní tíhy.

Zatížení chodci:

Užitné zatížení chodci p�sobí po celé délce modelu v rámci volné ší�ky segmentu a jeho

hodnota �iní 5kN/m.

Page 28: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

27

5. Posouzení konstrukce

5.1 Mezní stav použitelnosti

5.1.1 Metoda omezení nap�tí

Mezní stav použitelnosti byl kontrolován jak pro segmenty v poli, tak i pro náb�hy.

Posuzovalo se omezení nap�tí hodnotou �c � 0,6*fck pro charakteristickou kombinaci,

kritérium pro lineární dotvarování hodnotou �c � 0,45*fck pro kvazistálou kombinaci a

kritérium pro vznik trhlin hodnotou �c 0,00MPa pro �astou kombinaci.

Segmenty v poli vesm�s bez problém� vyhoví, ale u náb�h� se vyskytují nedovolené

hodnoty nap�tí dolních vláken v charakteristické, kvazistálé i �asté kombinaci. Zásadní

nedovolené hodnoty tahových nap�tí u spodních vláken vznikaly od kombinace zatížení

obsahující p�ír�stek záporné teploty T-. Bylo tedy nutné zkontrolovat, zda nedojde

k drcení betonu v tla�ených vláknech betonu. Pro stav dekomprese bylo nutné posoudit,

zda se nachází p�edpínací výztuž v tla�ené oblasti alespo� 0,100m.

5.1.2 Posouzení nap�tí v betoná�ské výztuži

Bylo prokázáno, že nap�tí v betoná�ské výztuži nep�ekro�í podmínku �s 0,8fck.

5.1.3 Posouzení nap�tí v p�edpínací výztuži

Nap�tí v p�edpínací výztuži nep�ekro�í podmínku �s 0,75fpk.

5.1.4 Omezení p�etvo�ení

Bylo posouzeno, zda nedojde k p�ekro�ení doporu�ené hodnoty pr�hybu ulim = L/250.

Konstrukce na omezení p�etvo�ení vyhoví.

Page 29: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

28

5.2 Mezní stav únosnosti

5.2.1 Podélný sm�r konstrukce

V mezním stavu únosnosti byly posouzeny segmenty a monolitický náb�h konstrukce,

který byl posouzen ve t�ech místech (v blízkosti místa spojení s op�rou, ve st�edu náb�hu

a na konci náb�hu, v míst� spojení náb�hu s prefabrikovanými segmenty). Posouzení

bylo provedeno vždy pro maximální a minimální ohybový moment a také na smyk.

Maximálních hodnot ohybového momentu bylo dosaženo v kombinaci zatížení ULSb11,

která obsahuje zatížení minimální teplotou. Naopak minimálních hodnot bylo dosaženo p�i

kombinaci zatížení ULSb2, tedy zatížením chodci na polovin� lávky a maximální teplotou.

Náb�hy i segmenty na mezní stav únosnosti vyhov�ly.

5.2.2 P�í�ný sm�r konstrukce

V p�í�ném sm�ru byla nadimenzována konstrukce na ohybovou výztuž a následn�

posouzena na maximální ohybový moment v p�í�ném sm�ru a na smyk. P�í�ná výztuž

byla stanovena na hodnotu Ast = 524 . 10-6 m2, což zajiš�uje výztuž o pr�m�ru 10mm po

150mm. Na smyk segment v p�í�ném sm�ru vyhoví bez nutnosti dalšího vyztužení na

smyk.

6. Dynamická analýza konstrukce

V rámci výpo�etního modelu byla v programu Ansys 12.1 provedena také dynamická

analýza dané lávky. Modální analýzou je vyhodnoceno prvních 20 vlastních tvar�

konstrukce (jejich vykreslení je sou�ásti p�ílohy P4.1 Vlastní tvary konstrukce).

Page 30: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

29

První vlastní tvar konstrukce:

První vlastní frekvence dané lávky dosahují hodnot 1,028Hz – 1,878Hz, což jsou blízké

hodnoty pr�m�rné frekvence pohybu chodc� f = 2Hz. Bylo proto nutné ur�it rychlost

pohybu – vmax a zrychlení konstrukce – amax a následn� je posoudit s limitní hodnotou

zrychlení – alim. Byla tedy provedena harmonická analýza konstrukce na budící sílu:

F = 180.sin (2�f.t) [N]

Harmonická analýza:

- analýza v uzlu 36

Page 31: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

30

Maximální zrychlení na modelu - amax se ani nep�ibližuje limitní hodnot� zrychlení - alim.

Chodci by tedy nem�li p�i pohybu na lávce poci�ovat žádné nep�íjemné chv�vy na

konstrukci.

Page 32: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

31

7. Záv�r

Práce obsahuje postup návrhu konstrukce pro p�emost�ní údolí s vodním tokem od

po�átku, kdy byly navrženy t�i varianty konstrukcí a následn� vybrána varianta

p�edpjatého pásu. Pro vybranou variantu byl vytvo�en výpo�tový model zahrnující i

�asovou analýzu konstrukce v programu Ansys 12.1. Po nalezení výchozí geometrie a

vytvo�ení modelu byla konstrukce posouzena dle platných norem na mezní stavy

únosnosti a použitelnosti v nejkriti�t�jších pr��ezech pro kombinace zatížení obsahující

nejnep�ízniv�jši hodnoty vnit�ních sil. Zásadní hodnoty vykazovaly zatížení od záporné i

kladné teploty a zatížení chodci na �ásti konstrukce. Posouzení konstrukce bylo

provedeno i v p�í�ném sm�ru na modelu zpracovaném programem Scia Engineer.

Záv�rem byla provedena ješt� dynamická analýza konstrukce pro posouzení vlivu

chování lávky a její p�sobení na chodce.

Page 33: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

32

8. Použitá literatura a software

Normy:

�SN EN 1992 – 1 – 1– Navrhování betonových konstrukcí

�SN EN 1991 – 2 – Zatížení most� dopravou

�SN EN 1992 – 2 – Betonové mosty – Navrhování a konstruk�ní zásady

�SN EN 1990 – Zásady navrhování konstrukcí

Použitá literatura:

Navrátil J., P�edpjaté betonové konstrukce, 2008

Prof. Ing. Stráský J.CSc.,P.E., Betonové mosty, 2001

Ing. Paná�ek J., Prvky betonových konstrukcí,

Ing. Zich M., Ph. D. a kolekti, P�íklady posouzení betonových prvk� dle Eurokódu

Prof. Ing. Stráský J.CSc.,P.E., Stress gibbon and cable – supported pedestrian

bridges,2005

KLUSÁ�EK, Ladislav. Betonové mosty I: Nosné konstrukce most�. Brno, 2006

Ing. Zich M.,Ph.D., P�íklady posouzení betonových prvk� dle Eurokódu, 2010

Internetové odkazy:

www.vsl.cz

www.shp.eu

Page 34: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

33

Použitý software:

Ansys 12.1

Scia Engineer 2012

Microsoft Word 2007

Microsoft Excel 2007

Rhinoceros 5.0

AutoCAD 2012

Page 35: KONSTRUKCE P EDPJATÉHO PÁSU · 2016-01-07 · segmentu je 4,40m s volnou ší kou pro pohyb chodc 3,50m. Jedná se o samokotvený systém, který zajiš uje pomocí tla ené vzp

DIPLOMOVÁ PRÁCE

KONSTRUKCE P�EDPJATÉHO PÁSU

Bc. LUCIE SEDLÁ�OVÁ

______________________________________________________________________

34

9. Seznam p�íloh

P.1 Použité podklady a varianty �ešení

P1.1 Varianta A

P1.2 Varianta B

P1.3 Varianta C

P.2 Výkresy

P2.1 Podélný �ez vybrané varianty

P2.2 P�dorys vybrané varianty

P2.3 P�í�ný �ez vybrané varianty

P2.4 Tvar segmentu

P2.5 Vyztužení segmentu

P2.6 Tvar náb�hu

P2.7 Vyztužení náb�hu

P.3 Stavební postup a vizualizace

P3.1 Vizualizace

P3.2 Postup výstavby

P.4 Statický výpo�et

P4.1 Vykreslení vnit�ních sil

P4.2 Vlastní tvary konstrukce