A tartószerkezeti tervezés alapjai Basis of structural design

Az előadások a következő témára: "A tartószerkezeti tervezés alapjai Basis of structural design"— Előadás másolata:

1 A tartószerkezeti tervezés alapjai Basis of structural design
AZ EN 1990 EUROCODE 0 SZABVÁNY FOGALMAI, ÖSSZEFÜGGÉSEI

2 A tartószerkezeti tervezés alapjai 1
A SZERKEZETTERVEZŐ FELADATA RENDELTETÉST SZOLGÁLÓ TEREK KÖRÜLVÉTELE, VÉDELME A HASZNÁLAT IDŐTARTAMA ALATT VÁRHATÓ KÖZVETLEN ÉS KÖZVETETT ERŐTANI HATÁSOKKAL SZEMBEN … FEDÉLSZÉK, FÖDÉM, PILLÉR, HÍD, ALAGÚT, GÁT, FÖLDMŰ, ANTENNATORONY …

3 A tartószerkezeti tervezés alapjai 2
ALAPKÖVETELMÉNYEK TARTÓS ELLENÁLLÓKÉPESSÉG HATÁSOKKAL SZEMBEN A MEGVALÓSÍTÁS SORÁN, HASZNÁLAT KÖZBEN ÉS RENDKÍVÜLI ÁLLAPOTBAN TARTÓS HASZNÁLHATÓSÁG RENDELTETÉST ZAVARÓ ELMOZDULÁSOK, ALAKVÁLTOZÁSOK, LENGÉSEK, REPEDÉSEK NÉLKÜL

4 A tartószerkezeti tervezés alapjai 3
TÖRTÉNETI ÁTTEKINTÉS TAPASZTALATI MÉRETEZÉS MEGENGEDETT FESZÜLTSÉGEK OSZTOTT BIZTONSÁGI TÉNYEZŐK ÉS HATÁRÁLLAPOTOK EUROCODE Gábori Pál, Kazinczy Gábor, Korányi Imre, Menyhárd István, Rózsa Mihály

5 A tartószerkezeti tervezés alapjai 4
A MEGFELELŐSÉG IGAZOLÁSÁNAK LOGIKÁJA (1) A TARTÓSZERKEZETNEK ELLENÁLLÓKÉPESSÉGE VAN, AMELYNEK MECHANIKAI MENNYISÉGEKKEL JELLEMZETT HATÁRÁLLAPOT FELELTEHETŐ MEG A TARTÓSZERKEZETBEN A HATÁSOK MECHANIKAI MENNYISÉGEKKEL JELLEMEZHETŐ ÁLLAPOTOKAT ÉBRESZTENEK A MECHANIKAI MENNYISÉGEK ÉS HATÁSOK VALÓSZÍNŰSÉGI VÁLTOZÓK, EGYMÁSTÓL KÜLÖNBÖZŐ MEGBÍZHATÓSÁGGAL ADHATÓK MEG A HATÁS ÉS ELLENÁLLÓKÉPESSÉG JELLEGÉTŐL FÜGGŐEN

6 ÉS AZ EUROCODE SZABVÁNYSOROZAT ÉSZJÁRÁSÁT Két dolog vigasztalhat:
VALÓSZÍNŰSÉGELMÉLETI ALAPFOGALMAK ÉS ÖSSZEFÜGGÉSEK A (matematikai ismétlés) BELE KELL TÖRŐDNÜNK ABBA, HOGY EZEK NÉLKÜL NEM ÉRTHETJÜK MEG A TARTÓSZERKEZETEK MÉRETEZÉSÉNEK GONDOLATMENETÉT ÉS AZ EUROCODE SZABVÁNYSOROZAT ÉSZJÁRÁSÁT Két dolog vigasztalhat: a) másoknak is bele kell ebbe törődniük b) ismerjük és használjuk az osztott biztonsági tényezők módszerét

7 VALÓSZÍNŰSÉGELMÉLETI ALAPFOGALMAK ÉS ÖSSZEFÜGGÉSEK B
VALÓSZÍNŰSÉG, KOCKÁZAT, MEGBÍZHATÓSÁG HISZTOGRAM, GYAKORISÁG, SŰRŰSÉGFÜGGVÉNY R RELATÍV GYAKORISÁG F R,F

8 VALÓSZÍNŰSÉGELMÉLETI ALAPFOGALMAK ÉS ÖSSZEFÜGGÉSEK C
MEGBÍZHATÓSÁG, KOCKÁZAT, SZÓRÓDÁS/SZÓRÁS 0, S S ,95 βS

9 A tartószerkezeti tervezés alapjai 5
A MEGFELELŐSÉG IGAZOLÁSÁNAK LOGIKÁJA (1) A TARTÓSZERKEZETNEK ELLENÁLLÓKÉPESSÉGE VAN, AMELYNEK MECHANIKAI MENNYISÉGEKKEL JELLEMZETT HATÁRÁLLAPOT FELELTEHETŐ MEG A TARTÓSZERKEZETBEN A HATÁSOK MECHANIKAI MENNYISÉGEKKEL JELLEMEZHETŐ ÁLLAPOTOKAT ÉBRESZTENEK A MECHANIKAI MENNYISÉGEK ÉS HATÁSOK VALÓSZÍNŰSÉGI VÁLTOZÓK, EGYMÁSTÓL KÜLÖNBÖZŐ MEGBÍZHATÓSÁGGAL ADHATÓK MEG A HATÁS ÉS ELLENÁLLÓKÉPESSÉG JELLEGÉTŐL FÜGGŐEN

10 A tartószerkezeti tervezés alapjai 6
IGÉNYBEVÉTEL ÉS ELLENÁLLÁS SŰRŰSÉGFÜGGVÉNYE A HATÁSOK KÖVETKEZMÉNYÉNEK TERVEZÉSI ÉRTÉKE ≤ A SZERKEZET ELLENÁLLÁSÁNAK TERVEZÉSI ÉRTÉKE 0  R - F RELATÍV GYAKORISÁG F,E R teherbírási tartalék (R-F) F,E,R

11 A tartószerkezeti tervezés alapjai 7
TEHERBÍRÁSI TARTALÉK R - F SŰRŰSÉGFÜGGVÉNYE (GAUSS~NORMÁLIS) ~ 0,2 = f* SR-F SR-F R – F (R – F)*

12 A tartószerkezeti tervezés alapjai 8
A MEGFELELŐSÉG IGAZOLÁSÁNAK LOGIKÁJA (2) A HATÁSOK KÖVETKEZMÉNYEKÉNT KIALAKULÓ ÁLLAPOTOKAT ÖSSZE KELL HASONLÍTANI AZ ANYAGOK, MÉRETEK, ALAKZATOK ÁLTAL MEGHATÁROZOTT ELLENÁLLÓKÉPESSÉGNEK MEGFELELŐ ÁLLAPOTOKKAL

13 A tartószerkezeti tervezés alapjai 9
A MEGFELELŐSÉG IGAZOLÁSÁNAK LOGIKÁJA (3) FEL KELL ISMERNI AZ ÖSSZEHASONLÍTÁST IGÉNYLŐ ESETEKET A MECHANIKAI MENNYISÉGEK EGYMÁSTÓL ELTÉRŐ MEGBÍZHATÓSÁGGAL ÁLLAPÍTHATÓK MEG, AMIT PARCIÁLIS TÉNYEZŐKKEL KELL FIGYELEMBE VENNI A HATÁSOK KÖVETKEZTÉBEN KIALAKULÓ ÁLLAPOTOKHOZ TARTOZÓ MECHANIKAI JELLEMZŐK NEM LÉPHETIK TÚL AZ ELLENÁLLÓKÉPESSÉGHEZ TARTOZÓ ÁLLAPOTOK JELLEMZŐIT.

14 A tartószerkezeti tervezés alapjai 10
FOGALOMKÉSZLET (KIVONATOS) TARTÓSZERKEZETI MODELL TERVEZÉSI HELYZET IDEIGLENES, TARTÓS, RENDKÍVÜLI, SZEIZMIKUS TERVEZÉSI KÖVETELMÉNYEK, HASZNÁLHATÓSÁGI KÖVETELMÉNYEK TERHELÉSI ESET TEHERBÍRÁSI HATÁRÁLLAPOTOK, HASZNÁLHATÓSÁGI HATÁRÁLLAPOTOK MEGBÍZHATÓSÁGI SZINT HATÁS ÁLLANDÓ, ESETLEGES, DOMINÁNS, RENDKÍVÜLI, SZEIZMIKUS, GEOTECHNIKAI RÖGZÍTETT, NEM RÖGZÍTETT, DINAMIKUS, KVÁZI-STATIKUS, HATÁS ÉRTÉKE KARAKTERISZTIKUS, REPREZENTATÍV, TERVEZÉSI DOMINÁNS ESETLEGES, KOMBINÁCIÓS ANYAGJELLEMZŐK, GEOMETRIAI MÉRETEK ÉRTÉKE KARAKTERISZTIKUS, TERVEZÉSI, NÉVLEGES

15 A tartószerkezeti tervezés alapjai 11
SZERKEZETI MODELL KIALAKÍTÁSA közelítő méretekkel, becsült anyagjellemzőkkel mechanikai vizsgálatokhoz - statikai váz VISELKEDÉSI MODELL MEGVÁLASZTÁSA elsőrendű, lineárisan rugalmas másodrendű, lineárisan rugalmas elsőrendű, nemlineárisan rugalmas …. elsőrendű, képlékeny harmadrendű ...

16 A tartószerkezeti tervezés alapjai 12
AZ ÖSSZEHASONLÍTÁS KÉT HALMAZA (A) IGÉNYBEVÉTELT OKOZÓ HATÁSOK SZÁMBAVÉTELE, TERHELÉSI ESETEK, HELYZETEK, ÁLLAPOTOK ÉRTELMEZÉSE (B) ELLENÁLLÁS, ELLENÁLLÓKÉPESSÉG, ELŐÍRT IDEIG MEGKÖVETELT HASZNÁLHATÓSÁG JELLEMZÉSE OLYAN HATÁRÁLLAPOTOKKAL, AMELYEKBEN TELJESÜLNEK A TERVEZÉSI KÖVETELMÉNYEK

17 A tartószerkezeti tervezés alapjai 13
AZ ÁLLAPOTOK MEGKÜLÖNBÖZTETÉSÉNEK SZEMPONTJAI követelmények, ellenálló-képességek, hatások anyagok viselkedése, méretváltozások, pontatlanságok rendeltetés, szerkezet-kialakítás, környezeti adottságok …..

18 A tartószerkezeti tervezés alapjai 14
A MEGFELELÉS ÉRTELMEZÉSE HATÁSOKBÓL KÖVETELMÉNYEKBŐL LEVEZETETT LEVEZETETT IGÉNYBEVÉTEL ≤ ELLENÁLLÁS (HATÁS) (TEHERBÍRÁS)

19 A tartószerkezeti tervezés alapjai 15
A HATÁSOK KÖVETKEZMÉNYÉNEK TERVEZÉSI ÉRTÉKE - Ed ≤ A SZERKEZET ELLENÁLLÁSÁNAK TERVEZÉSI ÉRTÉKE - Rd RELATÍV GYAKORISÁG IGÉNYBEVÉTEL ELLENÁLLÁS Ed Rd Ed  Rd

20 A tartószerkezeti tervezés alapjai 16
TEHERBÍRÁSI HASZNÁLHATÓSÁGI HATÁRÁLLAPOTOK VIZSGÁLATÁNAK CÉLKITŰZÉSEI SZERKEZETEK TÖNKREMENETELE SZERKEZETEK ÉPSÉGE ELLENI VÉDELEM EMBERI KOMFORTÉRZET EMBERI ÉLET BIZTONSÁGA RENDELTETÉSI MŰKÖDŐKÉPESSÉG KÜLSŐ MEGJELENÉS, TARTÓSSÁG ÉS A VIZSGÁLAT TÁRGYAI HELYZETI ÁLLÉKONYSÁG ALAKVÁLTOZÁSOK, ELMOZDULÁSOK SZILÁRDSÁG, ALAKI STABILITÁS REZGÉSEK, LENGÉSEK FÁRADÁS KÜLSŐ MEGJELENÉS TALAJKÖRNYEZET TÖNKREMEBNETELE FESZÜLTSÉGEK NEM TEHERVISELŐ SZERKEZETEKBEN

21 A tartószerkezeti tervezés alapjai 17
TERVEZÉSI HELYZETEK TARTÓS, RENDELTETÉSSZERŰ A RENDELTETÉSNEK MEGFELELŐ HASZNÁLAT KÖRÜLMÉNYEIT LEÍRÓ, AZ ÉLETTARTAMMAL AZONOS NAGYSÁGRENDŰ IDŐTARTAMRA VONATKOZÓ ALAPÁLLAPOT IDEIGLENES, ÁTMENETI A HASZNÁLAT ÉS A KÖRNYEZETI HATÁSOK ÁTMENETI KÖRÜLMÉNYEIT LEÍRÓ, NAGY VALÓSZÍNŰSÉGGEL, DE AZ ÉLETTARTAMNÁL LÉNYEGESEN RÖVIDEBB IDEIG FELLÉPŐ ÁLLAPOT (ÉPÍTÉS, BONTÁS, JAVÍTÁS) RENDKÍVÜLI KIVÉTELES MŰKÖDÉSI KÖRÜLMÉNYEKET LEÍRÓ, KIS VALÓSZÍNŰSÉGGEL BEKÖVETKEZŐ, DE KI NEM ZÁRHATÓ ÁLLAPOT (PL. ROBBANÁS) SZEIZMIKUS FÖLDRENGÉS KIVÉTELES KÖRÜLMÉNYEI KÖZÖTTI MŰKÖDÉST LEÍRÓ, RÖVID IDEIG FENNÁLLÓ ÁLLAPOT, ÖVEZETRE ELŐÍRT ÉRTÉKEKKEL

22 A tartószerkezeti tervezés alapjai 18
KOCKÁZATI SZINTEK TEHERBÍRÁSI HATÁRÁLLAPOT K ≤ 10-4 – 10-5 HASZNÁLHATÓSÁGI HATÁRÁLLAPOT K ≤ 10-2 – 10-3 TERVEZÉSI ÉLETTARTAM (ÉV) 10 IDEIGLENES TARTÓSZERKEZETEK CSERÉLHETŐ RÉSZEK (DARUPÁLYÁK, SARUK) MEZŐGAZDASÁGI SZERKEZETEK ÉPÜLETEK TARTÓSZERKEZETEI 100 MONUMENTÁLIS ÉPÜLETEK TARTÓI, HIDAK, ALAGUTAK

23 A tartószerkezeti tervezés alapjai 19
MEGBÍZHATÓSÁG ÉS KOCKÁZAT K S S K βS

24 A tartószerkezeti tervezés alapjai 20
MEGBÍZHATÓSÁGI SZINTEK osztályai és szorzói NAGY KOCKÁZAT, JELENTŐS KÁROK 1,1 lelátók, koncerttermek független, kibővített ellenőrzés KÖZEPES KOCKÁZAT, SZÁMOTTEVŐ KÁROK 1,0 lakó-, irodaházak szabályzatszerű ellenőrzés KICSI KOCKÁZAT, CSEKÉLY KÁROK 0,9 mezőgazdasági tárolók önellenőrzés

25 A tartószerkezeti tervezés alapjai 21
A HATÁSOK csoportjai fajtái példái Időbeli változás szerint (időben) állandó G, P önsúly esetleges (időben változó) Qk tartós (raktár) (ψ0,ψ1,ψ2) rövid idejű (meteorológiai) ritka (karakterisztikus) rendkívüli A ütközés, robbanás Eredet szerint közvetlen koncentrált, megoszló erők közvetett (kinematikai) hőmérsékletváltozás, támaszmozgás Térbeli változás rögzített nem rögzített daruteher Jelleg és/vagy szerkezeti válasz statikus nem okoz szerkezeti gyorsulást kvázistatikus dinamikus földrengés

26 A tartószerkezeti tervezés alapjai 22
SZERKEZETI ANYAGJELLEMZŐK KARAKTERISZTIKUS, REPREZENTATÍV ÉS TERVEZÉSI ÉRTÉKE KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉK AZ ELŐFORDULÁSRA JELLEMZŐ GYAKORISÁGI ADATOK ÉS MEGBÍZHATÓSÁGI MEGFONTOLÁSOK ALAPJÁN FELVETT KIINDULÓ ÉRTÉK REPREZENTATÍV ÉRTÉK A SZÓBAJÖHETŐ KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉKEK KÖZÜL KIVÁLASZTOTT, ELŐÍRT VAGY MEGBÍZHATÓSÁGI MEGFONTOLÁSOKAT TÜKRÖZŐ TÉNYEZŐKKEL SZORZOTT ÉRTÉK TERVEZÉSI ÉRTÉK A KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉKBŐL KÖZVETLENÜL, VAGY A REPREZENTATÍV ÉRTÉKBŐL A PARCIÁLIS BIZTONSÁGI TÉNYEZŐ ALKALMAZÁSÁVAL MEGKAPHATÓ ÉRTÉK

27 A tartószerkezeti tervezés alapjai 23
KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉK AZ ELŐFORDULÁSRA JELLEMZŐ GYAKORISÁGI ADATOK ÉS MEGBÍZHATÓSÁGI MEGFONTOLÁSOK ALAPJÁN FELVETT KIINDULÓ ÉRTÉK

28 A tartószerkezeti tervezés alapjai 24
REPREZENTATÍV ÉRTÉK A SZÓBAJÖHETŐ KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉKEK KÖZÜL KIVÁLASZTOTT, ELŐÍRT VAGY MEGBÍZHATÓSÁGI MEGFONTOLÁSOKAT TÜKRÖZŐ TÉNYEZŐKKEL SZORZOTT ÉRTÉK

29 A tartószerkezeti tervezés alapjai 25
TERVEZÉSI ÉRTÉK A KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉKBŐL KÖZVETLENÜL, VAGY A REPREZENTATÍV ÉRTÉKBŐL A A PARCIÁLIS BIZTONSÁGI TÉNYEZŐ ALKALMAZÁSÁVAL MEGKAPHATÓ ÉRTÉK

30 A tartószerkezeti tervezés alapjai 26
EGY JELLEGZETES SZERKEZETI ANYAGJELEMZŐ KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉKEI ÉS TERVEZÉSI ÉRTÉKE RELATÍV GYAKORISÁG f SŰRŰSÉGFÜGGVÉNY 100 % fd= f0,05/γ 5 % f0, f0, %

31 A tartószerkezeti tervezés alapjai 27
IDŐBEN ÁLLANDÓ HATÁS (ÖNSÚLY) Gk KARAKTERISZTIKUS ÉRTÉKE ÉS TERVEZÉSI ÉRTÉKEI RELATÍV GYAKORISÁG Gk SŰRŰSÉGFÜGGVÉNY 100 % Gdinf = γGinfGk Gdsup = γGsupGk

32 A tartószerkezeti tervezés alapjai 28
IDŐBEN VÁLTOZÓ (ESETLEGES) HATÁSOK Qk Q TERVEZÉSI TEHERSZINT RITKA ~ KARAKTERISZTIKUS TEHERSZINT EN1991 GYAKORI ~ (AZ ÉLETTARTAM 1 %-A) KVÁZI-ÁLLANDÓ (TARTÓS) 50% 100 %

33 A tartószerkezeti tervezés alapjai 29
IDŐBEN VÁLTOZÓ (ESETLEGES) Qk HATÁSOK REPREZENTATÍV ÉRTÉKEI KOMBINÁCIÓS ÉRTÉK Ψ0Qk GYAKORI ÉRTÉK Ψ1Qk KVÁZI-ÁLLANDÓ ÉRTÉK Ψ2Qk TERVEZÉSI ÉRTÉK γQQk

34 A tartószerkezeti tervezés alapjai 30
A reprezentatív értékek meghatározásához használandó ψ tényezők Hatás jellege Ψ0 Ψ1 Ψ2 egyidejűségi (kombinációs) tényező gyakori teherszint tényezője kvázi-állandó Hasznos terhek Lakóépületek, irodák 0,7 0,5 0,3 … Raktárak 1,0 0,9 0,8 Nem járható tetők 0,0 Nehéz járművel járható födémek Meteorológiai terhek Szélteher 0,6 Hóteher 0,2 Hőmérsékletkülönbség hatása Gépi berendezések - Daruteher

35 TEHERBÍRÁSI HATÁRÁLLAPOT
A tartószerkezeti tervezés alapjai A HATÁSOK γF PARCIÁLIS (BIZTONSÁGI) TÉNYEZŐI TEHERBÍRÁSI HATÁRÁLLAPOT HASZNÁLHATÓSÁGI HATÁRÁLLAPOT HATÁS (TEHER) JELLEGE TERVEZÉSI HELYZET tartós vagy ideiglenes rendkívüli/ szeizmikus szilárdsági/ alaki stabilitási helyzeti állékonysági állandó kedvező 1,35 1,10 1,0 kedvezőtlen 1,00 0,90 esetleges 1,50 rendkívüli - feszítőerő 1,30 zsugorodás

36 A tartószerkezeti tervezés alapjai 32
TERHELÉSI ESETEK A TERHELÉSI ESET FÜGGETLEN HATÁSOK KOMBINÁCIÓJA, EGY ADOTT ELLENŐRZÉS SORÁN EGYIDEJŰLEG ÖSSZETARTOZÓ TEHERELRENDEZÉSEK, ALAKVÁLTOZÁSOK, PONTATLANSÁGOK FIGYELEMBE VÉTELE

37 A tartószerkezeti tervezés alapjai 33
A hatások tervezési értékei teherbírási határállapotban Tervezési helyzet Állandó hatások Gd Független esetleges hatások Qd Rendkívüli vagy szeizmikus hatások Ad kedvezőtlen kedvező domináns, kiemelt, fő többi - Tartós és ideiglenes γsupGk γinfGk γQQk1 γQψ0Qki Rendkívüli Gk Ψ1Qk1 Ψ2iQki Ad Szeizmikus Nincs

38 A tartószerkezeti tervezés alapjai 34
A hatások tervezési értékei használhatósági határállapotban Hatáskombináció Állandó hatások Független esetleges hatások Qd domináns többi Kvázi-állandó Gk Ψ2iQki Gyakori Ψ1Q1 Karakterisztikus Q1 Ψ0iQki

39 A tartószerkezeti tervezés alapjai 35
MEREVSÉGI KÖVETELMÉNYEK HASZNÁLHATÓSÁGI HATÁRÁLLAPOTBAN FÜGGŐLEGES LEHAJLÁS TÁMASZVONALTÓL MÉRT LEHAJLÁS ALAKVÁLTOZÁS HATÁSA A RENDELTETÉSRE ÉS ÉÜLETSZERKEZETEKRE ELTÉRŐ ANYAGÚ SZERKEZETEK ALAKVÁLTOZÁSÁNAK KÖLCSÖNHATÁSA REZGÉSEK ÁLTAL OKOZOTT KELLEMETLEN KÖZÉRZET