ПРОЈЕКАТ ДРУМСКОГ НАТПУТЊАКА У СКЛАДУ СА ЕВРОПСКИМ НОРМАМА

​

​

Грађевински факултет Универзитета у Београду

Бетонски мостови

​

Илија Криловић 579/15

САДРЖАЈ:

1. Опште у вези интегралних мостова
2. Опште о предметном натпутњаку
3. Модел и анализа оптерећења
4. Димензионисање
5. Литература

1. ОПШТЕ О ИНТЕГРАЛНИМ МОСТОВИМА:

Интегрални мостови су савремени назив за бетонске и спрегнуте мостове оквирних конструкција без дилатација и лежишта. Изградња интегралних мостова је монолитна или монтажно-монолитна а димензије носивих делова конструкције су обично робустнија. Оштећења таквих мостова су мања, јер су уклоњени главни извори оштећења, дилатације и зоне лежишта. Трошкови одржавања су самим тим мањи, а саобраћај сигурнији. При конципирању интегралних мостова нису пожељне димензионалне диспропорције, јер се тако избегава концентрација напона и прслина.

Слика 1. Оквирна АБ конструкција

Предности интегралних мостова:

• Мањи трошкови изградње
• Мањи трошкови одржавања, јер овакви мостови немају елемената који захтевају интезивно одржавање. Лежишта и дилатације повећавају трошкове изградње и трошкове одржавања и зато их треба примењивати само када су заиста потребне. Продирање воде са коловоза у зонама дилатација и лежишта су најчешће узроци оштећења и деструкције бетона. Замена дилатација и лежишта је често врло сложена и скупа, посебно на аутопутевима са густим саобраћајем
• Једноставније и брже грађење, јер нема лежишта и дилатација који захтевају строгу толеранцију код уграђивања са тачнијим редоследом извођења радова
• Трајно спречавање директног утицаја соли до конструкцијских елемената испод коловоза
• Преузимање негативних реакција из распонске конструкције
• Веће резерве у носивости због могуће прерасподеле утицаја у граничном стању носивости

• Оквирна интегрална констукција са три неједнака распона укупне дужине до 80 метара је једноставна и економична за монолитну градњу бетонског моста
• Темељење на бушеним шиповима је једноставно и повећава еластичност оквирне конструкције веће дужине
• За објекте дужине 40-80 метара треба пројектовати флексибилне стубове што се најлакше постиже обједињавањем темељења на бушеним шиповима и обалног стуба са краћим конзолним крилним зидовима и одговарајућом израдном насипа
• Код дужих надвожњака и дугих објеката код којих се жели пројектовати интегрална конструкција без лежишта и дилатација, конструишу се еластични обални стубови са пропуштеним насипом и бушеним шиповима пречника 120 или 150 cm
• При пројектовању интегралних мостова је неопходна већа сарадња пројектанта са геомеханичаром него код пројектовања конвенционалних мостова, како је код ових мостова веома битна интеракција мост – темељно тло

II. ОПШТЕ О ПРЕДМЕТНОМ НАТПУТЊАКУ

Натпутњак за прелаз локалног пута на аутопуту Е-763, Београд – Јужни Јадран, Сектор 1: Београд – Љиг, деоница 3: Обреновац – Уб.�Натпутњак чине интегрална армирано – бетонска конструкција бетонирана на лицу места, система континуалне греде на 4 поља. Укупна дужина натпутњака је 72 метара са распонима 16 + 20 + 20 + 16 метара.

​

Носећу конструкцију натпутњака чине: армирано – бетонске плоче ливене на лицу места, стубови, наглавнице и шипови. Плоче су са свим стубовима монолитно повезане. Опорци уједно представљају и наглавницу шипова. Средњи стубови се преко наглавнице ослањају на шипове.

Попречни пресек натпутњака је плочасти висине 1 метар, средњи АБ стубови су дебљине 0.8 а ширине 3.5 метара, док су опорци дебљине 1.8, ширине 6.8 а висине 2.5 метара.

Слика 2. Попречни пресек натпутњака

Слика 3. Попречни пресек моста

III. МОДЕЛ И АНАЛИЗА ОПТЕРЕЋЕЊА

За прорачун конструкције моста направљен је 3D модел у Радимпексовом софтверском пакету ”Tower”. Сви конструктивни елементи су стварних димензија. Конструкција је моделирана са шиповима по којима су распорођени ослонци у две равни чије крутости представљају крутости тла кроз које шипови пролазе.�Сва оптерећења су нанета према анализи оптерећења и према одговарајућим прописима из EUROCODE стандарда. Направљене су све реалне комбинације за димензионисање плоче према SLS и ULS комбинацијама.�Распонска конструкција је прорачуната као плочаста конструкција, сви стубови као зидна платна. При прорачуну је узето да је конструкција хоризонтално померљива.

Слика 4. Изометрија модела

Слика 5. Слојевитост тла на предметној локацији

Слика 6. Карактеристике тла и насипа

• Конструкција је ослоњена на шиповима пречника 120 центиметара, дужина 13 и 20 метара. У прорачунском моделу шипови су моделирани као греде, а као ослонци су постављени линијски ослонци у два правца, док је вертикална крутост добијена из геостатичке анализе утицаја.�Сви релевантни подаци су добијени из Геомеханичког елабората.

Слика 7. Моделирање олонца тла кроз песак

Слика 8. Вертикална крутост средњег стуба

Притисак тла на опорце

• Код интегралних мостова притисак тла на опорце зависи од смера померања моста и може бити у „активном“ и „пасивном“ смеру.�С обзиром да су померања опораца изазвана реолошким процесима и температурним променама које се циклично дешавају, укупно померање зависи од старости бетона и тренутног предзнака температурног деловања. Услед цикличних промена температуре односно померања моста, долази до слегања и збијања насипа иза упорњака моста
• Након одређеног броја циклуса промене температуре насип иза обалног стуба се слегао и збио до те мере да се приликом ширења моста односно померања у пасивном правцу јавља увећани притисак тла. Због тога приликом анализе дејства тла на опорцу разматрају се прво две вредности притиска тла, активни и мирни и онда увећани притисак тла у комбинацији са позитивним знаком за температуру

• Активни притисак тла:

Слика 9. Активни притисак тла

• Мирни притисак тла:

Слика 10. Мирни притисак тла

Слика 11. Утицај мирног притиска тла

Увећани притисак тла

• Код интегралних мостова, обратити пажњу на увећани притисак тла који се јавља услед температуре. �
• Према британским стандардима (British standards – PD 6694-1:2011 за BS EN 1997-1:2004) потребно је у прорачуну користити и такозвани увећани притисак тла.

Слика 12. Расподела увећаног притиска тла

Саобраћајно оптерећење

• Прорачун саобраћајног оптерећења је одрађен према британском стандарду BS EN 1991-2. За коловозне ширине до 6 метара она се дели на коначан број трака широких 3 метра. Сваки део који не улази у ове траке се назива „преостали простор“. За анализу моста, позиционирање номиналних трака мора да одговара позиционирању саобраћајних трака на мосту. Оне се постављају у најмеродавнији положај како би се добили највећи утицаји у посматраном елементу.
• Номинални саобраћај у BS EN 1991-2 је представљен моделом „LOAD MODEL 1” (LM1), који одговара оптерећењу “V600+V300” према Правилнику за одређивање оптерећења мостова.
• Ово оптерећење се састоји од двоосовиног оптерећења које је названо као тандемски систем или ТS и од једнако расподељеног оптерећења (Uniformly distributed load – UDL) које има оптерећење по метру квадратном.
• За глобалну анализу само један тандемски систем се поставља у сваку траку, а ТS и UDL треба поставити у меродаван положај како у подужном тако и у попречном смислу.

Слика 13. Расподела саобраћајног оптерећења

Оптерећење од ветра

• У току експлоатације постоје две прорачунске ситуације: када је саобраћајно оптерећење на мосту и када нема саобраћајног оптерећења.
• У зависности од случаја оптерећења сагледавају се утицаји и према меродавној комбинацији треба усвојити комбинације оптерећења при димензионисању.

Слика 14. Деловање ветра на конструкцију

Дејство земљотреса

• При анализи оптерећења узети су и утицаји на кострукцију који настају услед сеизмичког оптерећења, према EC 8 стандарду.
• Главни елементи код моста који се супротсављају сеизмичкој активности су стубови моста. При моделирању конструкције мора се изабрати и фактор понашања „q”, који описује понашање конструкције при дејству земљотреса тј. капацитета конструкције за дисипацију енергије земљотреса. Како је интегрална конструкција веома крута у оба правца и треба предвидети мали капацитет дисипације а и према препорукама ЕUROCODE-a довело је да је усвојен фактор понашања “q” од 1 у оба правца.

Слика 15. Избор фактора понашања

• Као предмет анализе био је и утицај одабира фактора дуктилности “q” на утицаје у конструкцији. �Урађена су два модела у ком је једном изабран фактор дуктилности 3 а у другом 1. Остали параметри при анализи су усвојени идентично.
• Резултати анализе су следећи: како предметна конструкција нема значајнију масу а притом има релативно велики момент инерције у правцу управном на правац саобраћаја, фактор дуктилности као и сеизмички утицаји настали на основу одабира овог фактора немају превелики утицај на ову предметну конструкцију.
• Као закључак анализе може се приметити да су утицаји код „дуктилнијег“ случаја где је фактор понашања усвојен 3, утицаји у конструкцији мањи реда величине 3 пута, што је последица овакве линарно-еластичне анализе.

Слика 16. Утицаји Mx у средњем стубу за q=1.0

Слика 17. Утицаји Mx у средњем стубу за q=3.0

• Било је потребно усвојити и остале параметре сеизмичности према ЕUROCODE-у.�У Геомеханичком елаборату стоји да је конструкција темељена у алувијалним прашкасто-песковитим глинама и прашкастим глинама муља а ту се налази комплекс миоцених језерских лапора, које су повољне носивости. При анализи утицаја битно је и напоменути да је узето у обзир и оптерећење од насипа на опорцима, што одговара реалном оптерећењу на конструкцију. �Према свему наведеном ово тло је типа А, према BS EN 1998-1:2004.

Слика 18. Типови тла према ЕС

• Усвојен је тип спектра одговора 1.

Слика 19. Спектар одговора Тип 1

Слика 20. Вредности за Тип 1 спектра �одговора у зависности од тла

Слика 21. Карта сеизмолошког хазарда Републике Србије

• Програмски пакет “Tower” има опцију да спроведе сеизмолошки прорачун према EC 8.

Слика 22. Улазни подаци за прорачун према EC 8

• Добијени су следећи тонови:

Слика 23. Први тон осциловања

Слика 24. Други тон осциловања

Слика 25. Трећи тон осциловања

Кобинација оптерећења

• Све комбинације основних и допунских оптерећења су направљени према EC 2 (EN 1992-1-1:2004) и програмски пакет „Tower“ има могућност да сам направи све релевантне комбинације.
• При комбиновању оптерећења покретно оптерећење од саобраћаја увек комбинује са ветром како је таква меродавна комбинација срачуната са ветром. Тако се и увећани притисак од тла услед температуре увек комбинује са утицајима температуре, а мирни притисак тла увек комбинује уз стално оптерећење.

Слика 26. Табела оптерећења

Слика 27. Табела комбиновања оптерећења

IV. ДИМЕНЗИОНИСАЊЕ

Димензионисање средњег стуба на удар возила

• Предмет анализе при димензионисању средњег стуба је био и удар возила у стуб. У складу са ЕUROCODE нормама при прорачуну се узима замењујућа сила према приложеној таблици.
• Прва замењујућа сила је у правцу вожње и износи 1000kN, и друга је 500kN која делује у правцу управном на правац вожње.
• Обе силе делују на висини од 1.5m изнад коловозне површине и разматрају се одвојено.

Слика 28. Вредности замењујуће силе удара возила у стуб

Слика 29. Вредности замењујуће силе у Y правцу

Слика 30. Вредности замењујуће силе у X правцу

Слика 31. Момент савијања My услед удара у Х правцу

Слика 32. Момент савијања Mх услед удара у Х правцу

Слика 33. Меродавни утицаји у средњем стубу

Слика 34. Ослабљен бетонски пресек у средњем стубу

Димензионисање наглавне греде средњег стуба

• Прорачун и димензионисање наглавне греде је спроведен методом Strut and Tie, помоћу које се могу лако димензионисати армирано бетонски елементи као што су наглавне греде. Прорачун је спроведен према меродованој комбинацији, што је за овај случај максимална аксијална сила у стубу.
• Ова метода је итеративна у којој се морају проверити напони у чворовима усвојене решетке, као и у самим притиснутим дијагоналама.

Слика 35. Поједностављена метода Strut and Tie

Слика 36. Пример добро и лоше усвојене решетке

Слика 37. Чврстоће на притисак у чворовима према ЕС

Слика 38. Предлог решетке по методи Strut and Tie

V. ЛИТЕРАТУРА

• Стандарди:

​

• EN 1991:2;2003: Actions on bridges – Part 2 : Traffic loads on bridges
• EN 1991-1-7:2006: Actions on structures – Part 1-7: General actions – Accidental actions
• EN 1991-1-4:2005: Actions on structures – Part 1-4: Wind actions
• EN 1991-1-5:2003: Actions on structures – Part 1-5: Thermal loads
• EN 1992-1-1:2004: Design of concrete structures
• EN 1998-1:2004: Design of structures for earthquake resistance – General rules, seismic actions and rules for buildings
• EN 1998-2:2005: Design of earthquake resistance – Part 2: Bridges
• British standards – PD 6694-1:2011
• BS EN 1997-1:2004

Научни радови / Истраживања:�

• Eurocode 8 – Part 2. Seismic design of bridges by Basil KOLIAS
• Пројектовање бетонског преднапрегнутог моста у релацији са ЕUROCODE стандардима - Владимир Криловић
• Фундирање – предавања и вежбе: Интеракција конструкције и тла од проф. др. Петар Сантрач
• Динамика конструкција и земљотресно инжењерство проф. др. Ратко Салатић
• Главни пројекат аутопута Е-763, Београд – Јужни јадран, Натпутњак за прелаз локалног пута
• Eurocode 8: Seismic Design of Building Worked examples by P. Bisch, E. Carvalho, H. Degee, P. Fajfar, M. Fardis, P. Franchin, M. Kreslin, A. Pecker, P. Pinto, A. Plumier, H. Somja, G. Tsionis.
• Structural analysis and design of concrete bridges – Mattias Grahn

• Integral Concrete Bridges to Eurocode 2 – Concrete Bridge Development Group by The Concrete Society
• Главни пројекат надвожњака Грабовина – ипса институт д.о.о. Сарајево
• Seismic design of bridges with Eurocode 8 by Eduardo Carvalho
• Practical Design to Eurocode 2 – mpa The Concrete Centre; Jenny Burridge
• Concrete Design Guide – mpa The Concrete Centre; Dr. Robert L Vollum
• British Standards Institution EN-1992-1-1:2004. Eurocode 2 Design of concrete structures. Part 1. General rules and rules for buildings, London, UK: BSI
• Design and detailing of structural concrete using strut and tie models by Schlaich J. And Schafer K. 1991, The Structural Engineer 69, pp. 113-125
• Design and detailing of reinforced concrete structures using stress fields, Zurich, Switzerland: Swiss Federal Institute of Technology by Thurlimann B., Muttoni A. And Schwartz J.
• Strut-and-tie Models by Goodchild. C, Morrison J.and Vollum R.
• Design of Rigid Pile Caps through an Iterative Strut-and-Tie Model by Jose Milton de Araujo

ИЛИЈА КРИЛОВИЋ

579/15