Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

1. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései Móczár Balázs

2. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Alapkérdések: • Hogyan vesszük figyelembe a talajösszletet? • Ágyazási tényezős eljárások (mai gyakorlat : AXIS VM  Winkler-ágyazás (ágyazási tényező) • Végeselemes modellezés (jellemzően felkeményedő talajmodell) – 2D vagy 3D • A vasbeton lemez merevségének szerepe • Az épület merevségének a szerepe • A lemez + épület merevségének a szerepe • Az előterhelés hatása • Az építési ütem, terhelési lépcsők hatása (konszolidáció)

3. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Talpfeszültséget befolyásoló tényezők: • A terhelő alaptest tulajdonságai: • az alaptest merevségétől • az alapokra helyezett egész építmény merevségétől • az alapozás síkjának térszín alatti mélységétől • az alaptest nagyságától (szélességétől) • az alaptest alakjától. (Folytatás…)

4. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Talpfeszültséget befolyásoló tényezők: • A talaj tulajdonságaitól: • a talaj szemcsés vagy kötött voltától (feszültség koncentrációs tényezőjétől), összenyomhatóságától és nyírószilárdságától • az összenyomhatóság és nyírószilárdság időleges változásaitól • a talaj homogenitásától, rétegzettségétől és oldalkitérési lehetőségeitől • a talajvíz állásától és ingadozási lehetőségeitől. • A terhelés és előterheléstől • a terhelés nagyságától • a terhelés eloszlási módjától • a terhelés támadási helyétől.

5. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Talpfeszültség-eloszlás végtelenül merev alaptestek alatt:

6. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Koncentrált erők hatása hajlékony lemeznél (a) és végtelen hajlékony lemeznél (b)

7. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Építménymerevség hatása a gyakorlatban (merev vasbeton doboz/keretszerkezet, laza darupálya)

8. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Talajtípusok hatása talpfeszültség-eloszlásra:

9. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Teher nagyságának hatása talpfeszültség-eloszlásra:

10. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Gyakorlatban alkalmazott négy alapeset:

11. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Alaplemez méretezési eljárások: • A talajsüllyedés-talpfeszültség kölcsönhatás figyelembevé-telérekidolgozott közelítő eljárások 4 csoportba sorolhatók: • végtelen merev gerenda alapján történő számítás • ágyazási tényezőn alapuló eljárás • rugalmas féltér alakváltozásán alapuló eljárás • kombinált módszer

12. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Végtelen merev gerenda alapján történő számítás: • A külső erőrendszer által előidézett besüllyedési vonal egyenes marad • Az alaptest alsó síkja elmozdulás után is sík marad és a talpfeszültségek nagysága egyenesen arányos az elfordulás mértékével, tehát trapéz alakú feszültségmegoszlás áll elő • A feltevés indokolt, ha az alaplemez tényleg igen merev, vagyis magassági méreteihez képest hossza és szélessége nem túl nagy • Ugyanez a helyzet igen rossz és erősen összenyomható talajoknál is

13. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Ágyazási tényezőn alapuló eljárás: • Minél nagyobbak az oszlop, illetve faltávolságok, tehát minél rugalmasabb az alaplemez és minél szilárdabb az altalaj, annál egyenlőtlenebbek lesznek a talpnyomások, és annál inkább gazdaságos az alaplemez rugalmasságá- nak figyelembevétele. • A módszerek kidolgozása: Winkler, Zimmermann elméletének kiterjesztésével Hertz nevéhez fűződik.

14. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

15. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Rugalmas féltér alakváltozásán alapuló eljárás • A valósághoz bizonyos értelemben közelebb álló ágyazási modell vezethető be a Kirchhoff-féle lemezelmélet segítségével.

16. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

17. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Kombinált módszer • Az előző módszerek alkalmazása túlméretezéshez vezet. (talpfeszültség-eloszlások nem felelnek meg a merevségi viszonyoknak) • A módszerről röviden: az ágyazási tényezős és a rugalmas féltéren alapuló számítási módszerek kombinációja.

18. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

19. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Süllyedésszámítás: • Összenyomódási modulus segítségével. • Kompressziós görbe segítségével

20. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek vizsgálata Plaxis 3D és Axis VM alapján – Polgár Zsuzsanna TDK munkája alapján. • A vizsgálatok célja: • Különböző talajtípusok • Talajmodellek • Modellmélység • Lemezvastagság • Igénybevétel-változások elemzése. • (Plaxis 3D → geotechnikai szoft. ;AxisVm→ szerkezettervező szoft.)

21. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Plaxis 3D vizsgálatok: • A kutatás alapját egy 32x32 m-es befoglaló méretű, földszint+7 szintes szimmetrikus elrendezésű, felszínen fekvő alaplemezzel készülő vasbeton vázas épület adja. • Az épület főbb geometriai méretei: • Szintmag.: 3 m • pil.raszt. táv.: 8 m • pil. km. : 40x40 cm • föd. vast. : 25 cm • alaplem. vast.: 40 cm (vált. param.)

22. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Dobozmodell jellemzői: • Szimmetria viszonyok miatt csak a rendszer negyedét szükséges modellezni; • Vízszintes értelemben 16 m az épület széleitől; • A dobozmodell mélységi értelemben történő lehatárolása vizsgálati szempont (süllyedések!)

23. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Modellben alkalmazott szerkezeti elemek: • Pillér-alaplemez ill. pillér-födém kapcs: merev befogás (nem változtatható paraméter) • Tehermodell: • Önsúly és hasznos terhek (felületen megoszló terhek – 3,5 ill. 4,0 kN/m2)

24. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Talaj paraméterek: • Homogén talajtest vizsgálata • Az egyes talajjellemzők konstansok. A nyírószil. paraméterek ill. térf. súly változása (akár 30%) az eredmény szempontjából elhanyagolható változást okoz (< 5%).

25. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Anyagmodellek: • Mohr-Coulomb (elsőrendű közelítéssel írja le a talajtömeg viselkedését, azaz a feszültség-alakváltozás görbét lineáris összefüggés jellemzi, ami 5 paraméter együtteséből áll elő): • E: rugalmassági vagy Young-modulus • u: Poisson-tényező • c: kohézió • ϕ: belső súrlódási szög • ψ: dilatációs szög (Jáky ajánlása alapján: ψ=ϕ-30°) • Az adatok megadásánál lehetőség nyílik arra, hogy a könnyebben mérhető összenyomódási modulus és a Poisson-tényező megadásával, a program automatikusan számítsa az ismert, rugalmas izotróp anyagokra vonatkozó Hooke-törvényből a rugalmassági modulust.

26. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Anyagmodellek: • Mohr- Coulomb

27. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Anyagmodellek: • Felkeményedő (hiperbolikus modellek közé tartozik és másodrendű közelítést alkalmazva írja le a rugalmas-képlékeny viselkedést, így képes figyelembe venni, hogy a nagyobb átlagos normálfeszültséggel terhelt talajzónák kisebb alakváltozást szenvednek, azaz merevebben viselkednek): • c: kohézió • ϕ: belső súrlódási szög • ψ: dilatációs szög (Jáky ajánlása alapján: ψ=ϕ-30°) • E50ref:a deviátor-feszültség 50%-ához tartozó húr modulus a drénezetttriaxiális vizsgálatnál • Eeodref: összenyomódási modulus (a referencia feszültség értékéhez tartozó érintő modulus az ödométeres vizsgálatnál) • Eurref: a tehermentesítés-újraterhelés folyamatához tartozó húr modulus • m: a kompressziós görbét leíró hatványfüggvény kitevője

28. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései Felkeményedő talajmodell (HS) – PLAXIS – Kompressziós kísérletből

29. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései Felkeményedő talajmodell (HS) – PLAXIS – Kompressziós kísérletből

30. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Anyagmodellek: • Felkeményedő (HS)

31. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Modellel kapcsolatos egyéb jellemzők: • Talajvíz figyelembevétele nélküli számítás • Interface elemek: • Az interface-ek tömeg és vastagság nélküli modellelemek • Lehetővé teszik az egymással érintkező talaj és a szerkezeti részek ugyanazon feszültségek hatására bekövetkező (anyagtulajdonságaikból eredő) különböző elmozdulását egyazon helyen • Talaj nyírószilárdsági paramétereivel jellemzett interface elemek kerültek beállításra, így nincs lecsökkentve a falsúrlódás hatása a szerkezetek környezetében

32. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Végeselem háló: • Számítási lépések: • Kezdeti állapot; (térfogatsúlyból számított kezdeti fesz.) • Szerk. felépítése; (kis elmozdulások, rugalmas-képlékeny szám. módszer, időtényező figyelembevétele nélkül; Szerkezet teljes tömegének figyelembevételével) • Terhek hozzáadása

33. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

34. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Modellmélység szerepe: • Az alapsíkon fellépő többletfeszültség értéke: 84,09 kPa. • A többletfeszültség és a kezdeti hatékony feszültség 20, 25 és 50%-ával egyenértékű feszültségek mélységbeli lefutása

35. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Határmélységek különböző elméletek alkalmazásával • 20% hat. fesz. lehatárolás süllyedésszámítás eredményei

36. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Különböző modellmélységek vizsgálata: 5, 10, 15, 20 m mély dobozmodell. (MC és HS talajmodellek) • Süllyedések átlagértéke (PLAXIS 3D)

37. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Különböző modellmélységek vizsgálata: 5, 10, 15, 20 m mély dobozmodell. (MC és HS talajmodellek) • Süllyedések átlagértéke (PLAXIS 3D)    !

38. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Különböző modellmélységek vizsgálata: 5, 10, 15, 20 m mély dobozmodell. (MC és HS talajmodellek) • Süllyedések átlagértéke (PLAXIS 3D) !

39. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Különböző modellmélységek vizsgálata: 5, 10, 15, 20 m mély dobozmodell. (MC és HS talajmodellek) • Süllyedések átlagértéke (PLAXIS 3D)

40. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Alaplemez süllyedései:

41. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

42. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

43. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Következtetések: • A határmélység hatása a relatív süllyedésekre elhanyagolható. • A határmélység az ABSZOLÚT süllyedésekre van hatással. (További számítások: 15 m mélységű dobozmodell) • Talaj összenyomódási modulusának hatása: • kavics → agyag … teher szétosztása („szétkenése”) fesz. csúcsok csökkenése

44. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Igénybevételek: (Talajmodell hatása elhanyagolható)

45. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései (Modellmélység hatása elhanyagolható)

46. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései

47. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Alakváltozások összehasonlítása:

48. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • AXIS VM modell felvétele • Pillér-lemezek kapcsolata (beállítási lehetőség: félmerevkapcs. – összehasonlítás miatt merev)

49. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Tehermodell (teherkombinációk, 1.0 szorzóval) (Plaxis modellel azonos)

50. Rugalmasan ágyazott vasbeton lemezek tervezési kérdései • Ágyazás felvétele (Winkler): • Ágyazási tényező értékei különböző közelítő módszerek alapján • Axisfeljesztők ajánlása: széleken 2×, sarkokban 4× ágyazási tényező; szélső sávban 1,6×, a belső részeken 0,8.