BMEEOHSASA4 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére. Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése

EURÓPAI UNIÓ STRUKTURÁLIS ALAPOK

S Z E R K E Z E T E K M E G E R Ő S Í T É S E

BMEEOHSASA4 segédlet a BME Építőmérnöki Kar hallgatói részére

„Az építész- és az építőmérnök képzés szerkezeti és tartalmi fejlesztése” HEFOP/2004/3.3.1/0001.01

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

1. Előadás

Az épületdiagnosztikai vizsgálatok jellemzői

MEGÉPÜLT TEHERHORDÓ SZERKEZETEK ÁLLAPOTMEGHATÁROZÓ MÓDSZERE (ÉPÜLETDIAGNOSZTIKAI VIZSGÁLAT) Erőtani követelmények a megépült teherhordó szerkezetekkel kapcsolatban A régi teherhordó szerkezetekre gyakorlatilag ugyanazok az erőtani követelmények érvényesek , mint az új szerkezetekre. Tehát a további használat során minden eleme (alapozás, fal, födém, stb.) legyen: - kellő teherbírású, és - helyzetileg állékony, és - kifáradással szemben elegendően tartós, és - megfelelően merev. Vasbetonszerkezetek esetében a repedésekre vonatkozóan még elégítse ki az új szerkezetekre előírt követelményeket is. A felülvizsgálatok lebonyolításának általános irányelvei Az épületdiagnosztikai vizsgálatokat az alábbi sorrendben célszerű elvégezni: -

Alapadatok beszerzése,

-

Szerkezetmeghatározás, azonosítás,

-

Szerkezetek műszaki állapotának felülvizsgálata, hibafelderítés, kárvizsgálat,

-

A felülvizsgálati eredmények értékelése, erőtani követelmények igazolása, szerkezetek minősítése, döntések,

-

A teherhordó szerkezetek rendeltetésszerű használatához szükséges műszaki teendők meghatározása az épület fenntartásával kapcsolatban.

Alapadatok beszerzése Az alapadatokból a vizsgálatot megelőzően szerzett műszaki információk segítséget adnak a részletes szerkezet-meghatározáshoz és a legtöbb esetben meghatározzák a vizsgálat lebonyolításának módszerét. Alapadatok lehetnek: -

az épület építési ideje

-

a teherhordó szerkezetek korábbi vizsgálatok szerinti állapota

-

a korábban elkészült szerkezetek, átalakítások, erősítések, felújítások adatai

-

háborús sérülések, és ezek helyreállításának módszerei

Szerkezetmeghatározás, azonosítás Az építmény építési idejének, a rendelkezésre álló, és korábbi műszaki tervek ismeretében, valamint az épület előzetes bejárása során tapasztaltak alapján következtetni lehet a megépült teherhordó szerkezetek rendszerére, több esetben az anyagára is. Mivel a szemrevételezés nem mindig ad egyértelmű szerkezet-meghatározást, ezért azt célszerű kiegészíteni feltárásos szerkezet-meghatározással is.

A vizsgálat A vizsgálatokat megelőzően el kell készíteni az épület alaprajzi vázlatterveit és az észlelt károsodásokat, vagy az állapotra jellemző egyéb adatokat be kell jelölni. Az épületet fel kell osztani olyan vizsgálati egységekre, amelyek elemei az anyag, a szerkezetfajta, a teherbírás, a terhek és a használati körülmények szempontjából azonosnak vehetők. A vizsgálati egységekbe sorolás szemrevételezés és szükség esetén feltárás, vagy tájékoztató mérés alapján végezhető. A feltárásos vizsgálatokat anyagvizsgálatokkal kell kiegészíteni, amennyiben ez szükséges. (Szilárdságvizsgálat, korrózióvizsgálat, stb.)

A szükséges feltárások előkészítésének helyét és méretét jegyzőkönyvben kell a vizsgálatot végző szakértőnek előzetesen kijelölni. A feltárások jellege a szerkezeti elemtől függően (alapozás, fal, födém, függőfolyosó) változó. A kevéssé romló anyagú és a romló anyagú szerkezetek esetében a vizsgálatok módszere eltérő: -

Az idővel kevéssé romló tulajdonságú anyagokból (például nem korrozív környezetben a normál beton, az acél, a tégla) készült szerkezet

állapotát azokon a helyeken kell megvizsgálni, -

szükség esetén feltárással - ahol szemrevételezés alapján hiba valószínű. -

A rendeltetésszerű használati körülmények között, kedvezőtlen (például nedves, korrozív hatású) környezetben romló anyagú szokott lenni a fa, a salakbeton és a bauxitbeton. Az ilyen anyagú szerkezetek állapotát vizsgálati egységenként, a vizsgálati egység terjedelmétől függően legalább 2-5 helyen kell megvizsgálni. Amennyiben ezen feltárások bármelyike rossz eredményt ad, a vizsgálatot (legalább kétszeres mennyiségben) új helyeken meg kell ismételni. Ha a hiba valamelyik új vizsgálati helyen is előfordul, szakintézetet kell bevonni. Hasonlóan kell eljárni, ha a szerkezet vagy a szerkezeti anyag viselkedése a szokásostól kedvezőtlenül eltérő. (pl.: réteges vagy szokatlanul rideg acélanyagok).

Fa anyagú szerkezeteknél, ha biológiai károsodásra utaló jelek vannak, fakórtani anyagvizsgálat is szükséges. Salakbeton és bauxitbeton anyagú szerkezeteknél minden esetben szilárdsági és korróziós anyagvizsgálatot kell végeztetni. Anyagvizsgálatokat csak ennek elvégzésére jogosított szakértő végezhet.

Az anyagvizsgálat

szükségességét a statikus szakértő dönti el, a feltárásos vizsgálatoknál tapasztaltak alapján.

Az anyagvizsgálatok helye és módszerei az erőtani felülvizsgálatoknál Anyagvizsgálatra akkor lehet szükség, ha: -

kevéssé romló anyagú szerkezet állapotvizsgálata során a beépített szerkezet anyagminősége a tervezetnél gyengébbnek tűnik valamilyen külső hatás (korrózió, fagy, tűz, stb.) következtében, vagy

-

jelentősen romló anyagú (fa, bauxitbeton, salakbeton, kő) szerkezet állapotát kell meghatározni, vagy

-

valamilyen célú teherbírás meghatározásához az anyagjellemzők az erőtani számításhoz szükségesek (pl.: emeletráépítésnél, tetőtérbeépítésnél, stb.)

Az anyagvizsgálatokat lehetőleg roncsolás mentesen, vagy kevés roncsolással kell elvégeztetni, mivel ezeket - a padlástéri szerkezetek kivételével - általában lakott helyiségekben kell lebonyolítani. E szakvizsgálatokat és a vizsgálatok helyét ezek figyelembevételével kell a statikusnak kijelölni.

Roncsolásmentes vizsgálatok (A leggyakrabban használt vizsgálati módszerek) a) Vizsgálat Cristofoli ejtőorsóval Az ejtőorsóval a megszilárdult normál beton- és téglaszerkezetek nyomószilárdságát lehet mérni az ejtőorsó végén levő golyó benyomási ámérője alapján. b) Vizsgálat Schmidt-kalapáccsal A rugós Schmidt-kalapáccsal a szerkezet felületén az ütési helyeknél mért visszapattanási értékekből a beton és a tégla nyomószilárdsága határozható meg. Csak normál betonok vizsgálatához alkalmazható megbízhatóan. c) Vizsgálat ultrahanggal Ultrahanggal vizsgált betonszerkezeteknél a beton nyomószilárdsága, rugalmassági modulusa, homogenitása (fészkesség, repedések), korróziója és sérülései határozhatók meg. Bauxitbeton vizsgálatához is alkalmazható. Ultrahanggal vizsgált szerkezetek (függőfolyosó) repedései is meghatározhatók. d) Vizsgálat radiográfiás módszerrel A szerkezetre nyomott röntgenkészülékkel az átvilágított vasbetonszerkezet vasalási rendszere, a beépített betonacélok átmérője és korrózióállapota határozható meg. Salakvasbeton vizsgálatokhoz is alkalmazható.

e) Vizsgálat profométerrel A kis súlyú készülékekkel a betonacélok átmérője és darabszáma állapítható meg. f) Vizsgálat próbaterheléssel A roncsolásmentes vizsgálatok közé sorolható a próbaterhelés is. A próbaterhelést végezhetik ismert teherbírású szerkezeten minőségellenőrzés vagy ismeretlen teherbírású szerkezetnél teherbírás megállapítása céljából. A próbaterhelést az MI 15011-J/1986. alapján kell elvégezni. Roncsolásos vizsgálatok a) Laboratóriumi vizsgálatok A szerkezetből kimunkált mintatesteken laboratóriumi mérésekkel az alábbi vizsgálatokat lehet végezni: -

szilárdságmérés,

-

egyéb mechanikai vizsgálatok (keménységmérés, szakító vizsgálat, hajlító vizsgálat, stb.),

-

vegyvizsgálatok,

-

korróziós vizsgálatok.

b) Biológiai (fakórtani) vizsgálatok Faszerkezet biológiai károsodása esetén a faanyag kismértékű roncsolásával a károsítók (gombakárosító, rovarfertőzés) meghatározhatók.

Vizsgálati módszerek az erőtani követelmények kielégítésével kapcsolatban A követelmények kielégítése igazolható: -

csak használati tapasztalatok alapján, vagy

-

a használati tapasztalatok és erőtani számítás együttes figyelembevételével, vagy

-

a használati tapasztalatok figyelembevételével, próbaterheléssel.

a) Használati tapasztalatokon alapuló módszerek A szerkezet állapota általában megítélhető: -

a szerkezetek helyzetváltozásai,

-

a szerkezetek alakváltozásai,

-

a szerkezetek repedezettsége,

-

az esetleges helyi tönkremenetelek, illetve meghibásodások, valamint

-

a nem teherhordó szerkezetek tartószerkezeti okokra visszavezethető elváltozásai alapján.

Csak akkor alkalmazható kellő biztonsággal ha: -

a tartószerkezetre vonatkozóan elegendő hosszú idejű használati tapasztalatok állnak rendelkezésre, és

-

a tartószerkezeten, annak el nem takart elemein és csomópontjain lényeges károsodás (helyzetváltozás, alakváltozás, repedezettség, helyi tönkremenetel, vagy meghibásodás) szemmel láthatóan nem észlelhető, és

-

a tartószerkezet anyaga az adott körülmények között nem romlékony (fa, salakbeton, bauxitbeton) és

-

a tartószerkezet használatában változás (átalakítás, emeletráépítés, tetőtérbeépítés, stb.) nem várható.

b) Erőtani számításon alapuló módszer A módszer lényege a tartószerkezet állapotának, teljesítőképességének és várható működésének megítélése a szerkezet szemrevételezésével és a használati tapasztalatok értékelésével szerzett információk, valamint az elfogadhatónak ítélt adatokra alapított erőtani számítás együttes felhasználása alapján Általában akkor szükséges alkalmazni, ha: -

a tartószerkezetek állapota, kapacitása és várható működése a használati tapasztalatok értékelésével nem határozható meg, vagy

-

a tetőszerkezeten szemmel látható túlterhelésre utaló alakváltozás mutatkozik, vagy

-

a vizsgált tartószerkezet keresztmetszete a használat során lecsökkent (pl. korrózió) és így teherbírása nem ítélhető meg kellő biztonsággal, vagy

-

az épülettel kapcsolatban nagyobb szerkezeti átalakítások várhatók (tetőtérbeépítés, emeletráépítés, stb.), vagy

-

a tartószerkezettel kapcsolatban olyan kisebb átalakítások várhatók, melyek a szerkezet állandó terhelését, vagy hasznos, ill. meteorológiai terhelését megváltoztatják és a megépült teherhordó szerkezet teherbírását kell megállapítani.

Az erőtani számítást általában a mai. ill. a vizsgálat időpontjában érvényes tervezési előírások és szabványok szerint kell elvégezni.

c) Próbaterhelésen alapuló módszer A próbaterhelésen alapuló vizsgálati módszer célja mindig a kész (beépített) tartószerkezet megfelelő vagy tűrhető állapotának kísérleti igazolása.

A próbaterhelés általában a következő esetekben indokolt: -

a szerkezetről nem rendelkezünk elegendő információval igazoló számítás készítéséhez,

-

kiviteli hibák, károsodások, a szerkezetet ért rendkívüli hatások következtében a számítás feltevései bizonytalanok,

-

a szakértői megítélés a számítás eredményét nem találja kielégítőnek.

RÉGI TEHERHORDÓ SZERKEZETEK MINŐSÍTÉSE (Az MI 15011 - J/1986. ALAPJÁN) Minősítési kategóriák A szerkezet az erőtani követelmények kielégítése szempontjából a következő minősítési kategóriákba sorolható: -

megfelelő,

-

tűrhető,

-

veszélyes.

Megfelelő az a szerkezet, amely kielégíti a követelményeket -

egyrészt a használati tapasztalatok alapján

-

másrészt erőtani számítás, illetve próbaterhelés szerint.

Elegendő egyedül a használati tapasztalatok értékelése alapján megítélni a szerkezetet, ha -

legalább 20 éves használati tapasztalatok alapján megfelelőnek bizonyult, lényeges tartószerkezeti károk nem keletkeztek, és

-

a tervezett további élettartam alatt nem kell a szerkezetnek az eddiginél erőtanilag jelentősen kedvezőtlenebb feltételeknek megfelelnie. Általában nem jelentős a teljes teher 10 százalékos növekedése, ha rideg törés nem várható. A használati feltételek változásának jelentős vagy nem jelentős voltát a körülmények mérlegelése alapján a szakértő dönti el.

Tűrhető állapotú általában az a nem megfelelő állapotú szerkeze, amelynél az alábbi feltételek egyidejűleg fennállnak: -

szemrevételezéssel csak kisebb - a szerkezet további működését nem veszélyeztető - károsodások találhatók, és

-

nem várható rideg tönkremenetel, és

-

a teherbírási követelményeket kielégíti.

Az alakváltozási és repedéstágassági követelmények kielégítését a tűrhető állapotú szerkezetnél nem kell vizsgálni. Tűrhető állapotú szerkezet esetén fokozott gonddal kell mérlegelni az állapotromlás becsülhető sebességét. Amennyiben a szokványosnál gyorsabb állapotromlás veszélye áll fenn, (pl.: a vasbetonszerkezet repedéseiben acélkorrózió) nem minősíthető tűrhető állapotúnak a szerkezet. Veszélyes állapotú az a szerkezet, amelynél a kár bekövetkezésére, vagy a testi épség veszélyeztetésének kockázata a társadalmilag indokoltnál nagyobb értékű. Általában az a szerkezet minősül veszélyes állapotúnak, amely a tűrhető állapot feltételeit nem elégíti ki. Életveszélyes állapotú az a veszélyes szerkezet, melynél a hatékony beavatkozás azonnali végrehajtásának elmulasztása miatt emberek élete és testi épsége veszélybe kerülhet.

Intézkedések Amennyiben életveszély vagy jelentős anyagi kár bekövetkezésének veszélye állapítható meg, azonnali intézkedés, illetve beavatkozás szükséges. Az intézkedés általában a használat erőtanilag kedvezőbb helyzetet eredményező korlátozása. A beavatkozás általában javítás, alátámasztás, megerősítés, a terhek építési tevékenységgel végrehajtott csökkentése. Amikor a szakértő életveszélyesnek minősülő szerkezetet észlel, köteles -

a veszélyről a megbízót (tulajdonos, üzemeltető) azonnal tájékoztatni,

-

a veszély elhárítására (dúcolás, lezárás, kiürítés) elvi javaslatot tenni,

-

az életveszélyhelyzetet és annak megelőzésére vonatkozó megállapításait és elvi javaslatait az illetékes építésügyi hatóságoknak bejelenteni,

-

az épület tulajdonosának figyelmét felhívni arra, hogy a veszély elhárítására vonatkozó intézkedéseket köteles azonnal megtenni és az illetékes építésügyi hatóságnak bejelenteni.

Döntési változatok A szerkezet további tervezett használata ismeretében kell az erőtani követelmények kielégítésére alapozva dönteni. A megfelelő állapotúnak minősített szerkezet tervezett használata korlátozás nélkül megengedhető. Tűrhető állapotúnak minősített szerkezetre az alábbi korlátozások közül legalább az egyiket elő kell írni: -

a használat korlátozott időtartamra való engedélyezése (a felülvizsgálat megismétlésére határidő előírása), a használat módjának korlátozása (Például olyan rendszeresen ellenőrzött üzemeltetés, amelynél biztosítható, hogy a teher az alapértéket ne haladja meg.)

Veszélyes állapotúnak minősített szerkezetre elő kell írni a végrehajtás határidejét is, megadva -

a használat módjának (a rendeltetésnek) olyan megváltoztatását, amellyel biztosítható a szerkezet megfelelő (esetleg tűrhető) állapota, vagy

-

javasolva az átépítést (megerősítést, átalakítást), vagy

-

előírva a lebontást

A döntési változatok rangsorolása elsősorban az emberi élet védelme és csak másodsorban azok gazdaságossága alapján történjék.

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

2. Előadás

A SZAKVÉLEMÉNY TARTALMI KÖVETELMÉNYEI (A MI 15011 - J/1986 ALAPJÁN) A statikai szakvélemény általában tartalmazza: -

a szakvélemény jellegét (teljes, részletes, vagy részleges)

-

a vizsgálat célját

-

a vizsgálat előzményeit, a szakértő rendelkezésére bocsátott adatok, okmányok, tervek felsorolását

-

a vizsgálattal kapcsolatban folytatott tárgyalások eredményeit

-

a vizsgált épület terjedelmének, tagoltságának, beépítésének, szerkezeti felépítésének, illetve rendszereinek és a teherhordó szerkezet anyagának ismertetését

-

az egyes szerkezeti elemek esetleges károsodásának leírását, mértékét (a károkat célszerű esetleg rajzon megadni, lefényképezni)

-

az esetleges szakintézeti vélemények rövid összefoglalását és az ezzel kapcsolatos szakértői véleményt (elfogadás vagy elutasítás indoklását)

-

a vizsgálat módszerét

-

a vizsgálat alapjául szolgáló feltárások helyét, számát, módját (az esetleg elmaradt feltárásokat)

-

a vizsgálatok alapján tett megállapításokat

-

az előzmények és vizsgálati eredmények alapján levonható következtetéseket, értékelést (pl.: a károk okát), az érvényességi időt

-

a szakvélemény céljával összhangban levő javaslatokat és mindazon teendők és szempontok leírását, melyek a vizsgálat eredményéből következnek

-

a szakvélemény összefoglalását

-

a keltét, a szakértő nevét és aláírását, tervezői engedélyének számát

Mellékletek lehetnek: -

az alapul vett előírások és szakirodalom

-

vizsgálati jegyzőkönyvek

-

számítások

-

fényképek

A tartószerkezetek élettartamának jellemző kérdései

A TEHERHORDÓ SZERKEZETEK ÉLETTARTAM KÉRDÉSEI

A teherhordó szerkezetek adott időbeli értéke attól az időtartamtól is függ, melyen belül a szerkezet kellő biztonsággal rendeltetésének megfelelően használható. Ezt nevezzük várható élettartamnak. A várható élettartam nagymértékben függ a fenntartási – karbantartási munkák rendszerességétől és szakszerűségétől. Ezen kívül az alábbi földrajzi, klimatikai és egyéb külső hatásoktól függ: -

Az épület alatti altalaj összetétele és minősége (pl.: az eddigi süllyedések mértéke és jövőben várható nagyságrendje, duzzadó agyagtalaj jelenléte, stb.)

-

Csapadék-, és talajviszonyok (beázási gyakoriság, rétegvizek, talajvízszint növekedés)

-

Hőmérsékleti viszonyok (hőtágulások mértéke)

-

Szélviszonyok (szélterhelés nagysága, változása)

-

Légköri szennyeződés (egyes építőanyagok – kő, beton, habarcs – érzékenyek a légköri szennyeződésekre, élettartamuk a megnövekedett légköri szennyeződés hatására csökkenhet)

-

Közlekedési viszonyok változása (a nagysebességű járművek dinamikus hatása az épületen károsodást okozhat, élettartamát csökkenti)

-

Rendkívüli események hatása (földrengés, árvíz, tűzkár, robbanás)

-

Környező építkezések hatása (vert cölöpalapozás, metróépítés, talajvízszint-süllyesztés, stb. a meglévő építményt károsíthatja)

A felsorolt külső hatások a teherhordó szerkezetben olyan károsodásokat okozhatnak, melyek azok élettartamát csökkenthetik.

A TEHERHORDÓ SZERKEZETEK KÁROSODÁSAI A fenntartás – építés egyik fő feladata a megépült teherhordó szerkezetek olyan károsodásainak vizsgálata, melyek a szerkezet rendeltetésszerű használatát az eredeti állapothoz képest kedvezőtlenül befolyásolják és a szerkezet élettartamát csökkentik. E károk ismeretében lehet a szerkezeteket vizsgálni és a fenntartással kapcsolatos teendőket megtervezni.

A szerkezeti károk lehetnek: Közvetlen károk A közvetlen károk a szerkezeti károknak az a csoportja, mely bármilyen más csatlakozó szerkezet károsodásától függetlenül jelentkezik. Mindig olyan külső hatással függ össze, mely a szerkezetben valamilyen teherbírást csökkentő elváltozást okoz. Kémiai károk Nedvesség hatásának hosszasan kitett szerkezetben - amennyiben a nedvesség elleni szükséges védelem, szigetelés nem történt meg, vagy tönkrement - olyan elváltozási folyamatok indulhatnak meg, melyek a szerkezeti elemeket valamilyen módon károsítják és a teherhordásban résztvevő keresztmetszeteket valamilyen módon gyengítik. A nedvesség lakóépületeknél mint beázás (csapadékvíz, használati ivóvíz és szennyvízhasználati hiba) vagy mint túlzott páralecsapódás jelentkezik. Ezért a nagyon ritkán előforduló egyéb olyan nedvessé okozta károk, mint sav- vagy olajszivárgás, a lakóépület fenntartásra nem jellemzőek.

Biológiai károk A faanyagú teherhordó szerkezetek jellemző károsodása. A hosszantartó és gyakran ismétlődő nedvesség lehetőséget teremt a gomba- és rovarfertőzések megindulásához a faanyagban. Mechanikai eredetű károk A teherhordó szerkezetekben maradandó alakváltozások formájában jelenek meg. Repedés vagy lehajlás keletkezik, kritikus esetben stabilitásvesztés (leszakadás) is bekövetkezhet. A leggyakrabban előforduló mechanikai károk az alábbiak miatt keletkezhetnek: -

bármilyen túlterhelés

-

részleges teherátrendeződés (pl.: emeletráépítés, részleges átalakítási bontások),

-

bármilyen hosszantartó dinamikus igénybevétel, (Közúti forgalom hatása, géptelepítés, stb.) amelyre a szerkezetet nem méretezték.

Hőmozgás és zsugorodás eredetű károk Az épület szerkezetei a hőmérséklet változásának hatására tágulnak, ill. összehúzódnak. Ha az gátolva van, a szerkezet megrepedhet, természetes dilatációs repedések keletkeznek. A gátolt hőmogás károsíthatja közvetlenül a szerkezetet, de okozhatja a csatlakozó másik szerkezet károsodását is (pl.: laptetők dilatációk nélkül épült betonaljzata a csatlakozó attika falat, a födémet, ill. a főfalakat repeszti.) Beton anyagú szerkezeteken a beton zsugorodása miatt keletkezhetnek hajszálrepedések. Fagykárok A kő, tégla, beton anyagú szerkezeteknél a pórusokba, vagy hajszálrepedésekbe bekerülő víz megfagy, térfogata megnő és a szerkezetben káros - elsősorban repesztő – hatás

érvényesül. Zárt térben levő

szerkezeteknél általában nem fordul elő, a szabadban levő szerkezeteket károsítja.

Közvetett károk A közvetett szerkezeti károk többnyire más, valamilyen módon kapcsolódó egyéb szerkezet elmozdulása, alakváltozása miatt keletkeznek. A közvetett károk leggyakoribb oka altalaj eredetű. Ezek lehetnek: -

Alapozási, vagy

-

térszínmozgási eredetűek.

A közvetett károk legtöbbször a függőleges teherhordó szerkezetek elmozdulását okozzák és ez a csatlakozó egyéb teherhordó szerkezetek károsodását okozhatják.

Alapozási eredetű károk Ezek a leggyakrabban előforduló, főfalmozgást előidéző okok. Legtöbbször: -

alapok részleges alámosása (pl.: csatornavezeték megrepedése és kivágása miatt) és egyenlőtlen süllyedése

-

alapok fagykár miatti tönkremenetele

-

alapok agresszív talajvíz miatti tönkremenetele

Térmozgás eredetű károk Akkor fordulnak elő, amikor az épület környezetében olyan, szint alatti kivitelezési munkákat végeznek, ami (pl.: talajvízszint süllyesztés, metróalagút építés, stb.) talajmozgást okoz. A talajmozgás miatt térszíndeformáció keletkezik, ami kihat az épület szerkezetére, és a függőleges teherhordó főfalak billenését, megnyílását, egyenlőtlen süllyedését, vagy ezek kombinációját okozza. Az épületek elsősorban épületmegnyílásra érzékenyek, mely a térszíndeformáció nyereghelyzetében jöhet létre. A teherhordó főfalak elmozdulása, ill. alakváltozása legtöbbször a csatlakozó szerkezeten is kárt okoz járulékos, közvetett módon. A közvetett födémkárok bizonyos esetekben jelentéktelenek, de bizonyos helyzetekben a károsodott födém állékonyságvesztése is bekövetkezhet. Egyéb eredetű károk Ide sorolhatók az ún. elemi károk -

tűzkár

-

földrengéskár

-

árvízkár

-

belvízkár

-

jármű ütközés, stb.

Ezek legtöbbször mint összetett, az épület teherhordó szerkezetének egészét érintő károk fordulnak elő.

A SZERKEZECSERÉK ÉS SZERKEZETMEGERŐSÍTÉSEK SZEMPONTJAI Ha a vizsgált teherhordó szerkezet valamilyen okból nem biztosítja kellőképpen a mértékadó használati terhek felvételét, a szerkezetet meg kell erősítene, vagy ki kell cserélni. Szerkezetcsere akkor lehet indokolt, ha -

olyan jellegű biológiai károsodás áll fenn, amely a csatlakozó egyéb szerkezeteken a későbbiekben további károsodást okozhat (pl.: födémeknél könnyező gombafertőzés, mely a téglafalon is átnő), vagy

-

olyan károsodás következett be, melynél a szerkezet anyagának jelentős része szilárdságát vesztette (pl.: nagy területű gomba-, vagy rovarfertőzés, tűzkár, stb.), vagy

-

olyan mértékű károsodás áll fenn, melynél a szerkezet részlegesen vagy teljesen állékonyságát vesztette (földrengés, árvíz, stb.)

A szerkezetcserét a tervezés idején érvényes előírások szerint kell tervezni. Mivel, a szerkezeti beavatkozásoknál általában lakott területekről van szó, fontos szempont a gyors, minél rövidebb kiköltöztetési idővel és kevesebb költséggel járó megoldások tervezése. A szerkezet megerősítések jelentős részénél ez a szempont betartható. Megerősítésnek minősül minden olyan, utólagosan beépített szerkezet, mely a meglevő szerkezettel együtt biztosítja a terhek felvételét. A megerősítés lehet: -

együttdolgozó, amikor a régi és az új szerkezet közös erőjáték kialakulása mellett viseli a terheket,

-

nem együttdolgozó, amikor a régi és az új szerkezet a terhek felvételén osztozik, de erőjátékuk külön-külön alakul ki.

A megerősítések tervezésénél az alábbiakat kell figyelembe venni az érvényes tervezési előírásokon kívül: -

az erősítendő szerkezetekben az erősítés idején már meglevő igénybevételek,

-

az szerkezet alakváltozási kompatibilitása, ezen belül a lassú alakváltozás, eltérő hőtágulás, és az erősítés következtében előálló erőjáték módosulás,

-

az erősítendő és erősítő szerkezetek képlékeny alakváltozási képessége,

-

a tervezett élettartam

Pontosabb eljárás hiányában szabad az erősítő és erősített szerkezet teljes teherbírását számításba venni és összegezni, ha -

a szerkezeti elemek kellő képlékeny alakváltozási képességgel rendelkeznek ahhoz, hogy lehetővé váljon az ilyen erőjáték létrejötte, továbbá

-

a teher alapértékének hatására nem várható egyéb szerkezeti elemben sem jelentős képlékeny alakváltozás

Ha olyan számításos igazolást alkalmaznak, amely várhatóan a biztonság kárára téved, a várható bizonytalanságot kompenzáló teherre kell vizsgálni. (Pl.: indokolt a terheket 5-25 százalékkal növelni, ha az alátámasztott épület merevségi viszonyai bizonytalanná teszik a pillérek között a teher megosztását.) Ezt a növelést alkalmazni kell minden olyan teherre, amelynél fennáll a külső ill. belső erőjáték bizonytalansága. Az együttdolgozó erőjátékúnak tekintett szerkezetet 10 százalékkal növelt terhekre kell igazolni.

A felújítások hatékonysága A meglevő teherhordó szerkezetek felújításának tervezésénél nemcsak a műszaki szempontokat (állékonyság, teherbírás) kell figyelembe venni, hanem még az alább felsoroltak is lényegesek a felújítás módjának eldöntésében: -

a teherhordó szerkezet megerősítési vagy cserélési munkálatai alatt milyen feltételek és költségkihatások mellett biztosítható az épület üzeme, és

-

a teherhordó szerkezet megerősítése vagy cseréje milyen módon növeli az épület erkölcsi értékét, és e növekedés milyen nagyságrendű (pl. padlásfödém csere egyúttal lehetővé teszi a tetőtérbeépítést, stb.), és

-

a teherhordó szerkezet megerősítésének vagy cseréjének költségeit milyen költségtényezőkkel növelik az egyéb járulékos munkák (pl. nyílászárók elbontása – visszaállítása, gépészeti vezetékek cseréje, stb.) költségei

A körültekintő, hosszú távra szóló hatékony felújítást csak az összes szempont egyidejű figyelembevételével lehet megtervezni.

AZ ÉPÍTMÉNYFENNTARTÁS ÉS AZ ÉRTÉK ÖSSZEFÜGGÉSE

Egy építménnyel kapcsolatban - az építési igény jelentkezésétől a lebontásáig - a következő műszaki jellegű költségeket kell figyelembe venni, amelyek végeredményben az ingatlan értékét alapvetően megszabják: -

megvalósítási költség (ide értve a tervezéssel, szervezéssel, kivitelezéssel, szakértői tevékenységgel kapcsolatos összes költséget, de az adókkal, illetékekkel stb. összefüggő kiadásokat is);

-

üzemeltetési költség (azon költségek, amelyek az építmény szerkezeteinek, berendezéseinek és egyéb eszközeinek működtetésére szolgálnak, ezzel megteremtve a feltételeket az építmény rendeltetésszerű használatához);

-

fenntartási költség (az építmény műszaki állapotának megfelelő szinten tartásához szükséges költségek);

-

megszüntetési költség (ami a megvalósítási költséghez hasonló elemekből áll, csak itt a végleges felszámolás a feladat)

Szerkezeti Ciklusidő [év] külső nyílászáró szerkezetek

20-25

belső nyílászáró szerkezetek

25-30

lépcsőburkolatok

15-20

padlóburkolat - parketta - szőnyegpadló - lapburkolat belső festés külső festés (homlokzatvakolással)

10-15 5-8 15-20 2-5 15-20

belső mázolások

5-6

tapétázás

5-6

épületgépészeti berendezések

15-20

épületgépészeti csővezetékek

25-30

tetőbádogos szerkezetek

10-15

tetőhéjalás

20-25

lapostető vízszigetelés

15-18

villanyszerelési berendezések

25-30

A műszaki avulást igen sokféle ok idézi elő: -

a természetes öregedés,

-

a fenntartási tevékenység minősége,

-

a környezet változása (pl. főút, gyár közelbe telepítése),

-

a talajviszonyok változása (pl. megemelkedő talajvízszint),

-

a rendkívüli események (pl. földrengés, tűz, robbanás),

-

a szakszerűtlen építési tevékenység,

-

a rendeltetésszerű használat intenzitása,

-

a rendeltetés-ellenes használat,

-

a szándékos rongálás, stb.

Az épület értékcsökkenésének komplex értékelése (lakóépület) a.

Régi épület (eredetileg fafödémes) értékcsökkenése jó karbantartással

b.

Korszerű épület értékcsökkenése csak használhatósághoz szükséges kis javítgatásokkal

c.

Korszerű épület értéke rendszeres karbantartással, felújítással

d.

Avulás bérjövedelem szempontjából, kiegyensúlyozott piaci viszonyok között

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

3. Előadás

Vasbetonszerkezetek megerősítése utólagos feszítéssel

Vasbeton födémszerkezetek megerősítése ragasztott – dübelezett acélszalag segítségével Az Dr. Bódi István* - Dr. Farkas György** A födémek, födémbordák teherbírásának növelésére ragasztással, dübelezéssel rögzített acélszalagok szerelhető fel a szerkezet alsó, illetve felső felületére. Az acélszalag elsősorban a födémben keletkező hajlítónyomatékokból származó húzóerők felvételére alkalmas, és így biztosíthatja a födémszerkezet megfelelő nyomatéki teherbírását. A szakirodalomban találhatók kutatási eredmények a ragasztott –dübelezett acélszalagokkal megerősített vasbetonszerkezetek nyírási teherbírásának növelésére is [1], azonban a nyírás a vizsgálataink többségét képező lemez-jellegű szerkezeteknél nem mértékadó, ezért e témakörrel itt nem foglalkozunk. A megerősítés alapvetően három módon történhet: a) Ragasztással felerősített acélszalaggal (szalagvég-lehorgonyzás nélkül); b) Ragasztással felerősített acélszalaggal szalagvég-lehorgonyzással (dübelezéssel, vagy ragasztott lehorgonyzó lemezzel); c) Folyamatosan elhelyezett dübelekkel felerősített acélszalaggal. (Ebben az esetben a ragasztónak csak technológiai és nem erőtani szerepe van.) A következőkben az említett acélszalagos megerősítések tervezéséhez adunk szempontokat. 1. Ragasztással rögzített acélszalaggal megerősített szerkezetek tervezése és kialakítása 1.1 Általános megjegyzések Az acélszalagot a födémszerkezet húzott oldalán kell felragasztani a hajlításból származó húzóerő felvételére. A megfelelően kivitelezett ragasztás az acélszalag és a betonfelület között tapadásos kapcsolatot hoz létre, ezért a méretezésnél kezdetben a vasbeton keresztmetszetek vizsgálatánál ismert alapfeltevéseket alkalmazták. Ezek egy részét a kísérletek nem igazolták. Vasbeton szerkezeti elemek ragasztott acéllemezzel történő megerősítésének különleges problémáit az 1. ábrán feltüntetett húzott rúd viselkedése mutatja szemléletesen. Ennek alapján a tervezésnél az alábbi hatásokat kell számításba venni: I.

a repedések környékén az acélszalag helyi hajlítóigénybevétele;

II.

az alakváltozások megoszlása a betonozott betonacélok és a beton felületére felragasztott acélszalag között;

III.

az acélszalag végénél a ragasztás felhasadásának veszélye.

Ragasztással történő rögzítés esetén a következőkre kell tekintettel lenni: Az LCPC francia laboratóriumban [7], valamint egyes japán kutatók által végzett [8] kísérletek szerint: -

-

a ragasztó rétegben keletkező csúsztató és normálfeszültségek a repedések szomszédságában maximálisak, a repedéstől távolodva pedig rohamosan csökkennek. A maximális feszültség értéke elsősorban a szerkezeti elemek geometriájától függ, de független a ragasztás Lr hosszától feltéve, hogy az legalább a betonkeresztmetszet vastagságának kétszerese; a ragasztó réteg maximális feszültsége a betonkeresztmetszet vastagsági méretével és az acéllemez vastagságával arányosan növekszik, míg a ragasztóréteg vastagságának csökkenésekor csökken; az acélszalagban keletkező átlagos normálfeszültségnek a helyi hajítás figyelembevételével kialakuló maximális húzófeszültséghez viszonyított aránya a lemez vastagságától függ. Értéke 3 mm vastag lemez esetén kb. 0,65 míg 6 mm vastag lemeznél kb. 0,75.

A ragasztott acélszalaggal megerősített hajlított vasbeton keresztmetszet alakváltozási ábráját a kísérletek alapján a 2. ábra mutatja. Az ábrából kitűnik, hogy az acélszalag megnyúlása a ragasztóréteg nagymértékű deformációja miatt nem határozható meg a sík keresztmetszet elvének feltételezésével. Az acéllemez tényleges, átlagos (εm) alakváltozásának és a lineáris alakváltozási ábra feltételezésével meghatározható átlagos (εl) megnyúlásának aránya a terhelés intenzitásától függ. Kis terheknél az n = εn/εl értéke ~2, míg az acéllemez plasztifikálódásakor ez az arány 1-hez közelít. Viszonylag kis terheknél tehát az acéllemezben keletkező tényleges húzófeszültség nagyobb, mint a klasszikus vasbeton elmélet szerint meghatározható érték. 1.2 A ragasztott acélszalagos megerősítés méretezése Az előző pontban ismertetett különleges problémák miatt a megerősítés tervezésénél a következőket kell elvégeznünk a használati és teherbírási határállapotban: -

meg kell határozni az erősítő acélszalag szükséges keresztmetszetét, amely ellenőrizni kell a helyi hajlításból származó többletfeszültségekre is, továbbá ellenőrizni kell, hogy a ragasztás felhasadhat-e. 1.2.1

Az acélszalag szükséges keresztmetszeti területének meghatározása

Ez a feladat a szabványos terhekből számított igénybevételek alapján, a hajlított vasbeton keresztmetszet méretezésénél elfogadott általános alapelvek szerint lehet elvégezni az alábbi kiegészítésekkel: Használati állapotban történő vizsgálatnál a betonkeresztmetszetben lévő As, hagyományos vasalás illetve az Al felragasztott acélszalag σaH, illetve σlH határ szilárdságát az LCPC kísérletek figyelembevételével egy ks, illetve kl, szorzótényezővel csökkentve javasoljuk számításba venni, ahol 3 mm ≤ vl ≤ 6 mm lemezvastagságok alkalmazása esetén a ks és kl csökkentő tényezők értékei az alábbiak: ks = 1,2 – 0,08 . vl kl = 0,46 + 0,08 . vl Teherbírási határállapotban történő vizsgálat esetén sem a betonban meglévő vasalás, sem pedig a felragasztott acélszalag határszilárdságát nem kell redukálni. Az acélszalag határfeszültségét azonban a fellépő helyi hajlításokból származó többletfeszültség miatt a szabványban általában megadott értékhez képest csökkenteni kell. A csökkentés mértékét a kl = 0,65 szorzótényezővel figyelembe kell venni.

A megerősítéshez általában 6 mm-nél vastagabb acélszalagot nem célszerű alkalmazni. Ha ezzel a szükséges acélkeresztmetszet nem biztosítható, akkor több, egymásra ragasztott réteggel érhető el a szükséges teherbírás, ezzel a megoldással a nyomatékok változása is kedvezőbben követhető. Több réteg alkalmazása esetén a közvetlenül a betonfelülettel érintkező acéllemezben keletkező F1 húzóerőnek és a teljes húzóerőnek az aránya numerikus vizsgálatok [7] alapján: - két réteg acélszalag esetén F1 = 0,66 F - három réteg acélszalag esetén F1 = 0,5 F értékkel vehető figyelembe. A vizsgálatok szerint a helyi hajlítás mértéke egymáshoz ragasztott lemezek esetén nem tér el jelentősen az azonos vastagságú egyetlen lemezzel történő megerősítésnél kialakuló helyi hajlítástól. 1.2.2

A ragasztás felhasadásának ellenőrzése

1.2.2.1 Törésmechanikai alapon történő ellenőrzés Az acéllemez végénél a ragasztás felhasadása elméletileg törésmechanikai megfontolások alapján vizsgálható. A felhasadás elvileg nem következik be, ha a ragasztás végénél lévő keresztmetszet igénybevételéből az eredeti és a megerősített keresztmetszet alapján számítható W energiakülönbség nem nagyobb, mint a ragasztásban a repedés továbbterjedéséhez szükséges R energia. Kísérleti vizsgálatok [7] szerint, szokásos ragasztóanyagok alkalmazása esetén a repedés továbbterjedéséhez szükséges minimális fajlagos energia R = 50 J/m2. A ragasztás végénél lévő eredeti, illetve megerősített keresztmetszet alapján kialakuló fajlagos energiakülönbség elméleti értéke:

W =

⎛ 1 1 ⎡ 2 ⎛ 1 1⎞ 1 ⎞⎤ ⎟⎟⎥ − − ⎟⎟ + Q 2 M ⎜⎜ ⎢ M M ⎜⎜ 2br ⎣ B B H H i ⎠ i ⎠⎦ ⎝ b ⎝ b

ahol MM ill. QM a mértékadó hajlítónyomaték, ill. nyíróerő a ragasztott acélszalag végénél lévő keresztmetszetben; Bb = EbIb ill. Hb = GbAb a megerősített vasbeton keresztmetszet hajlítási elletve nyírási merevsége; Bi = EbIb ill. Hb = GbAb a megerősített, acélszalaggal együttdolgozó ideális vasbeton keresztmetszet hajlítási illetve nyírási merevsége az I. feszültségi állapotban; a ragasztási szélessége. Br A kapcsolat a ragasztás felhasadása szempontjából megfelel, ha W ≤ 50J/m2, azaz = 50N/m. Más kutatók [2] által végzett kísérletekben meghatározták a megerősítendő vasbetonszerkezet azon nyomatékát, mely a ragasztó felhasadását okozza. Azt tapasztalták, hogy a tönkremenetel –megfelelő minőségű ragasztóanyag esetén (lásd később a 4. pontot)– általában a megerősítendő szerkezet alsó rétegében a ragasztás fölött következik be (3. ábra). A felhasadást okozó nyomaték határértékének meghatározására az alábbi kifejezést ajánlják: Mf

r

H

=

Eb I II r m ⋅ σ h H

γ ⋅ E l ⋅ vl

ahol EbIIIrm

σhH

El vl γ = 1,86 γ = 0,901

az acéllemezzel megerősített (berepedt) gerenda hajlítási merevsége a II. feszültségi állapotban, a beton húzási határfeszültsége, a megerősítő acéllemez rugalmassági modulusa, a megerősítő acéllemez vastagsága, továbbá használati, illetve teherbírási határállapotban történő vizsgálatnál.

A felhasadás nem következik be, ha MfrH > MM ahol M megerősített szalag végétől d távolságra (a tartó hasznos magassága.) lévő keresztmetszetben a megerősített gerendában fellépő mértékadó nyomaték (3. ábra). E vizsgálatokból két fontos következtetést is levonhatunk: egyrészt, hogy ajánlatos az acélszalagos megerősítés végét minél közelebb vinni a gerenda megtámasztásához (kisebb az MM), másrészt, hogy célszerű a megerősítendő acélszalag vastagságát minél kisebbre választani (nagyobb az MfrH). A ragasztással rögzített acélszalag vastagságára több kutató [3], [4] az alábbi értéket ajánlja. Vl = (0,005 + 0,007) d 1.2.2.2 A rugalmas együttdolgozó rétegek elmélete alapján történő ellenőrzés

A ragasztás felhasadása, a ragasztó réteg tönkremenetele vizsgálható a rugalmas együttdolgozó rétegek elmélete alapján [5] is. A [3], [5] kutatási eredmények szerint a ragasztott kapcsolat megfelelő, ha az acéllemez végén, a ragasztórétegben fellépő τM, ill. σM nyíró –ill. normálfeszültségek nem haladják meg az [5]-ben megadott τ0, σ0 határértéket, vagyis: τM ≤ τ0 és σM ≤ σ0 A gyakorlati esetekben τ0 = 3 + 5 N/mm2 és σ0 = 1 + 2 N/mm2, tényleges értékük a következőképpen számítható ki: ⎡ ⎛ Ks τ 0 = ⎢QM + ⎜⎜ ⎢⎣ ⎝ El bl vl

⎞ ⎟⎟ ⎠

1/ 2

⎤ bv ⋅ M ∗ M ⎥ l l (hl − x ), ⎥⎦ I Irm ⋅ br

⎛ K σ 0 = τ 0 v s ⎜⎜ n ⎝ 4 El I l

⎞ ⎟⎟ ⎠

1/ 4

,

ahol G r ⋅ br , a ragasztás fajlagos nyírási merevsége vr E ⋅b K n = r r , a ragasztás fajlagos húzási merevsége, vr

Ks =

és I lr m =

Eb bx 3 El + As (h − x) 2 , a megerősített szerkezet teljes inercianyomatéka. 3

A fenti képletekben: QM a mértékadó nyíróerő az acélszalag végén, MM a mértékadó hajlítónyomaték az acélszalag végétől d/2 távolságra (hasonló módon, mint a 3. ábrán), El Er ill. Eb az acélszalag, a ragasztó, ill. a beton rugalmassági modulusa, Gr a ragasztó nyírási rugalmassági modulusa. A többi (geometriai jellegű) jelölés értelmezése a 4. ábrán látható. Fontos szem előtt tartani, hogy a képletben a megerősítendő szerkezetben meglévő As acélbetét mennyiségén csak azok a vasak számíthatók be, amelyeknek a berepedt (megerősítendő) keresztmetszettől mindkét irányban biztosított az együttdolgozásuk a betonnal (vagyis megvan a lehorgonyzási hosszuk). 2. Véglehorgonyzással ellátott, ragasztott acélszalag tervezése és szerkezeti kialakítása

Az acélszalag végének felszakadása a ragasztott kapcsolat gyors tönkremenetelét okozhatja. Ezt a folyamatot késleltethetjük, ha a ragasztott acélszalag végét véglehorgonyzással látjuk el. A véglehorgonyzás készülhet: - dübelezéssek. ill. - ragasztott lehorgonyzott acélszerelvénnyel. 2.1 A dübelezéssel készített véglehorgonyzás

A dübelezéssel készített véglehorgonyzás vizsgálatával foglalkozó kutatások [5], [6] megállapítják, hogy a dübelezés csak igen csekély mértékben (5-10 %) és csak vékony acélszalagok alkalmazása esetén növeli a ragasztott acéllemezzel készült megerősítés teherbírását. Vékony ragasztott acélszalagnál ugyanis a szalag nem fogja erősen a dübelt, így határállapotban palástnyomásból eredő, „kigombolódás” jellegű tönkremenetel következik be, miközben az acélszalag jelentős nyúlásokat szenved. Vastag ragasztott acélszalag merevebben fogja a dübelt, így a szalagvégi lehorgonyzásban erős feszültségkoncentráció jöhet létre, amely korán nyírási jellegű helyi tönkremenetelt okozhat, még mielőtt a ragasztott kapcsolat hosszan felhasadna, tönkremenne. Ebből is látható, hogy a ragasztott kapcsolattal történő erősítésnek felső korlátai vannak: vastag acéllemez (pl. „túlméretezésből” adódó) alkalmazása esetén a véglehorgonyzás egyáltalán nem hatásos, sőt, mint az 1.2.2.1. pontban láttuk, a felhasadás is kisebb igénybevételnél következik be. Ez a jelenség a több rétegű, vékonyabb acéllemezek alkalmazását indokolja az igénybevételi ábra lehetőség szerinti követésével. A végdübelezés elsődleges előnye abban van, hogy duktilisabbá teszi a ragasztott kapcsolatot [5]. A duktilitás jellemzésére szolgáló szívóssági modulus (az erő – elmozdulás diagram tönkremenetelig tartó szakasza alatti terület) jelentősen megnövekszi, ezáltal tehát megbízhatóbb, tartósabb erősítő kapcsolat létesíthető a végdübelezés alkalmazásával. Ezt főleg ismétlődő igénybevételekkel terhelt megerősítendő szerkezetek (pl. hidak) esetén célszerű szem előtt tartani.

2.2 A ragasztott lehorgonyzó acélszerelvény alkalmazása

A ragasztott lehorgonyzó acélszerelvény alkalmazása éppen a dübel „feszültséggyűjtő” hatását küszöböli ki. Viszonylag kevesebb kutatás foglalkozott e véglehorgonyzással [6], bár ezek nagyon kedvező eredményeket mutatnak, különösen a födémbordák, gerendák megerősítése tekintetében, ahol lehetőség van az 5. ábra szerinti szerkezeti kialakításra. Ilyen esetekben a ragasztott kapcsolat teherbírás-növekedése az 55-60 %-ot is elérte, és a kapcsolat ugyanolyan duktilis tulajdonságokat mutatott, mint a végdübelezéssel ellátott kísérleti elemeké. A ragasztott véglehorgonyzó szerelvény alkalmazása tehát több tekintetben is előnyösnek látszik, azonban a kapcsolat megbízhatósága itt is elsődlegesen a ragasztási munka minőségétől függ. 3. Folyamatosan elhelyezett dübelekkel felerősített acélszalag méretezése

A hajlított vasbetonszerkezet megerősítésére a szerkezet húzott oldalán folyamatosan elhelyezett, dübelezéssel felerősített acélszalag is alkalmazható [12]. A hajlításból származó húzóerőt ekkor is az acélszalag veszi fel. A BME Vasbetonszerkezetek Tanszékén végzett kísérletek szerint a vasbeton gerendák hossztengelye mentén kellő sűrűséggel kiosztott dübelezés esetén az acélszalagban keletkező húzóerő a vasbeton keresztmetszetek méretezésénél alkalmazott alapelvek szerint határozható meg a

Hl =

MM z

összefüggés szerint, ahol z a belső erők karja. Az acélszalag hasznos keresztmetszeti területének meghatározásánál a dübelek elhelyezésére szolgáló furatokat nem szabad figyelembe venni. Az acélszalagnak a betonfelülethez való rögzítéséhez katalógusból ismert határterhelési adatú dübeleket, csavarokat javasolunk alkalmazni. A rögzítő elemeket a borda hossztengelye mentén a mértékadó nyíróerő ábra változása szerint célszerű kiosztani. Az alkalmazott csavarok, illetve dübelek számát (6. ábra) úgy kell meghatározni, hogy az egy csavarra jutó csúsztatóerő nagysága a vizsgált keresztmetszetre mértékadó nyíróerő alapján az alábbi képlet szerint legyen: K=

1 QM s, n z

ahol QM a mértékadó nyíróerő; z a belső erők karja, (a számításban z = 0,8 h értékekkel szabad számításba venni, ahol h a borda magassága); s a csavarok, illetve a dübelek távolsága a lemez hossztengelyének irányában mérve; n az egy sorban elhelyezett csavarok száma, (feltételezve, hogy azonos átmérőjű dübeleket alkalmazunk.)

A K csúsztatóerő értéke csökkenthető a vizsgált keresztmetszetben az acélszalag által felvett Hl húzóerő és az MM mértékadó nyomatékból számított és az acélszalag és a bordában meglévő húzott vasalás által együttesen felvett H húzóerő arányának megfelelően, ha a betonban lévő vasalás lehorgonyzása a vizsgált keresztmetszettől számítva biztosított. Így egy rögzítő elemre redukált mértékadó csúsztatóerő a K red =

Hl K H

értékkel vehető figyelembe. 1. táblázat A HILTI csavar jelei

HSA M 8 x 75 HSA M 10 x 90 HSA M 12 x 110 HSA M 16 x 145

Határerő (kN) 8,9 15,4 22,7 41,4

Furatmélység (mm) 55 60 80 100

A dübelek, csavarok teherbírásával foglalkozó szakirodalomra itt csupán [9], [10] hivatkozunk, azonban tájékoztatásul az 1. táblázatban megadjuk egy csavar határerejét a HILTI katalógus alapján szabványosított HSA HILTI alapcsavarokat figyelembe véve, a szabványban rögzített furatmélységek esetén. A csavarokat a terhek alapértékére kell ellenőrizni. Megjegyzések: 1. A táblázat értékek akkor használhatók, ha a beton minimálisan C 20-as szilárdsági jelűnek számítható. 2. Ha a furat mélysége nem éri el a táblázatban szereplő értéket, akkor a határerőt lineárisan csökkenteni kell úgy, hogy kétszeres furatátmérőnek megfelelő furatmélység esetén a határerő zérus legyen. 4. A megerősítések kivitelezésének általános szabályai

Az acéllemez felragasztásakor a beton felületének egyenetlensége ne legyen több 5 mm-nél 2,0 m hosszon, illetve 2 mm-nél 0,2 m hosszon. A beton felületét az acélszalag felragasztása előtt száraz, vagy nedves homokszórással, vagy nagynyomású vízsugárral megfelelően elő kell készíteni. Nedves előkészítés esetén megfelelő száradási időt kell biztosítani a lemez felragasztása előtt. Az egy rétegben felragasztandó acélszalag vastagsága v = (0,005 + 0,007) d, lehetőleg 3-5 mm legyen. Ragasztott acéllemezzel való megerősítéshez elsősorban A24 jelű hegeszthető acél alkalmazható. Az acéllemez megfelelő méretre vágása után annak felületét zsírtalanítani, majd homokfúvással érdesíteni kell. A lemezeket védett helyen kell tárolni, és felragasztás után azonnal korrózióvédelemmel kell ellátni. A ragasztóanyag felhasználásánál a gyári előírásokat szigorúan be kell tartani. A ragasztáshoz olyan epoxi műgyanta alapanyagú ragasztó javasolható (pl. TIPOX IHS), melynek nyírószilárdsága megszilárdulás után a beton húzószilárdságának legalább kétszerese. Az epoxi műgyanta komponenseinek javasolt keverési aránya 1:2 (lassú : gyors), az így elérhető rugalmassági modulus (E) kb.: 300 N/mm2, a nyírási rugalmassági modulus (G) pedig kb.: 120 N/mm2 lesz. Az átlagos (javasolt) ragasztási vastagság 2-3 mm, de mindenképpen kisebb, mint az acélszalag vastagságának a fele. A ragasztóanyag költésének ideje alatt az acélszalag felületét egyenletes, 15-40 kN/m2 nyomás alatt kell tartani, ennek biztosítására a kötésidő alatt megfelelő módon (pl. kitámasztás) gondoskodni kell. A munkafolyamatok elvégzése után a ragasztás minőségét ellenőrizni kell, és a tapasztalt hibákat ki kell javítani.

5. Összefoglalás

A cikk a vasbeton födémszerkezetek a ragasztott – dübelezett acélszalagok alkalmazásával történő megerősítési lehetőségeivel foglalkozik. Az eljárás nagy előnye, hogy a megerősítés kis szerkezeti magassággal kivitelezhető, vagyis az épület helyiségeinek hasznos belmagasságából keveset vesz el, továbbá, hogy a tárgyalt megerősítési módozatok viszonylag egyszerűen kivitelezhetők. A BME Vasbetonszerkezetek Tanszéken végzett kísérletek és a szakirodalomban található kutatások eredményei alapján összefoglaltuk a csupán felületén ragasztott, a véglehorgonyzással ellátott, ragasztott, ill. a folyamatosan elhelyezett dübelezéssel felerősített acélszalagos megerősítési módozatok méretezésének és kivitelezésének leglényegesebb szabályait, ajánlásait. 6. Hivatkozások [1] Sepp.-R. Speidel: Verstärken von Betonbauteilen durch Aufkleben von Stahllaschen Bautechnik 69 (1992) 8., 402-408. old. [2] D. Ochlers: Reinforced concrete beams with steel plate gluved to their soffits: prevention of plate separation induced by flexural peeling Report No. R80 (1988) The University of Adelaide [3] M. Hussain et al: Flexural behavior of beams with external steel plates ACI Structural Journal Vol. 92. No. 1. (1995) 14-22. old. [4] R. N. Swamy et al: Structural behavior of reinforced concrete beams strengthened by epoxy-bonded steel plates The Structural Engineer Vol. 65. A. No. 2. (1987) 59-68. old. [5] T. M. Roberts: Approximate analysis of shear and normal stress concentrations in the adhesive layer of plated RC beams The Structural Engineer Vol. 67. No. 12. (1989) 229-233. old. [6] R. Jones-R. N. Swamy-A.Charif: Plate separation and anchorage of reinforced concrete beams strengthened by epoxy-bonded steel plates The Structural Engineer Vol. 66. No. 5. (1988) 85-94. old. [7] J. Theillout: Renforcement des structures en béton par la technique des toles colleés, Annalas de I’I. T.B.T.P. No. 501, février (1992) 24-28. old. [8] M. Fujii-S. Inoue-S Utoh-Y. Setoguchi: Steel plate bonding technique for strengthening dameged prestressed concrete beams, FIP XI. th. Congress Procedings, Hamburg, June (1990) [9] W. Fuchs-R. eligehausen-J.E. Breen: Concrete capacity Design (CCD) Approach for Fastening to Concrete ACI Structural Journal Vol. 92. No. 1. (1995) 73-94. old. [10] M. Fohren: Dübel-Allgemeine Einführung in die Befestigungstechnik Bauplanung – Bautechnik 44. Jg., Heft 7., (1990) [11] J. M. Delbecq-G. Sacchi: Restauration des Ouvrages et des Structures, Presses de I’E. N. P.C. (1984) 487-500) old. [12] Szalai K. (Szerk.): Ajánlások az IMS szerkezetű épületek megerősítéséhez BME Vasbetonszerkezetek Tanszéke (1991)

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

4. Előadás

A LŐTTBETON FOGALMA, TÖRTÉNETE A lőttbeton fogalma „A lőttbeton olyan betonbedolgozási technológiával készített beton, amelyet: az MSZ 4720 szerinti betontömlőn, ill. csővezetéken kb. 6 atmoszféra nyomás levegővel a beépítés helyére szállítanak és nagy sebességgel (kb. 100 m/s) juttatnak a felhordási felületre, ahol ütközik és megtapad. A már megtapadt betonréteget a később folyamatosan érkező beton ütközése is tömöríti." (Mi 09.10233/1-77) A lőttbeton tehát nem egy különleges építőanyag, hanem olyan betonkészítési eljárás, amely magában foglalja a betonkeverék előállítását, szállítását, bedolgozását és tömörítését is, mint egymástól elválaszthatatlan technológiai lépéseket. A betonkészítéshez használt adalékoktól függően beszélhetünk lövelltbetonról (vasbetonról), könnyűbetonról, hő- és tűzálló betonról, stb. A lőttbeton alkalmazási területei A lőttbeton egyaránt alkalmazható új szerkezetek készítéséhez és beton-, vb. szerkezetek fenntartási, javítási, megerősítési munkáinál. 1. Új szerkezetek készítése A lőttbeton főleg „vékony” speciális beton-, vb. szerkezetek készítésére alkalmas: -

héjszerkezetek,

-

lemezművek,

-

utófeszített, kör alaprajzú tartályok,

-

tartályfalak,

-

csatornaburkolatok,

-

úszómedencék,

-

alagútfalak (NÖT, NATM),

-

szennyvízcsatornák,

-

vágatbiztosítás bányákban,

-

tömegbetonokhoz zsaluzat készítésére,

-

hajók.

2. Régi szerkezetek megerősítése A megerősítés a szerkezet vastagításával, a régi és az új rétegek együttdolgozásának biztosításával történik. Alkalmazható tégla-, kő-, beton-, vasbeton és acélszerkezeteknél. 3. Tűzvédő és tűzálló bevonatok készítése acélszerkezeteknél, kémény-, kemencefalaknál. 4. Földművek, munkagödör-elhatárolások megtámasztása. Támfalaknál, hátrahorgonyzott munkagödör-biztosításokhoz, berlini dúcolathoz stb. alkalmazható a lőttbeton. Sziklabiztosítás, sziklafelfüggesztés. 5. Szigetelések készítése (vízzáró)

LŐTTBETON ALKALMAZÁSI LEHETŐSÉGEI

TETSZŐLEGES ALAK

UTÓFESZÍTETT TARTÁLY

TETSZŐLEGES FELÜLET

ÚSZÓMEDENCE

NINCS AKADÁLY FOLYTONOS ZSALUZAT TÖMEGBETONHOZ

ELŐRE GYÁRTOTT ELEMEK ÖSSZEKAPCSOLÁSA

LŐTTBETON A GÖRBÜLT, ÖNTÖTT BETON AZ EGYENES RÉSZEKHEZ

A lőttbeton előnyei - hátrányai A lövési eljárás előnyei az öntési technológiával szemben: -

nehezen hozzáférhető helyen is készíthető,

-

-egyoldali zsaluzat szükséges,

-

háromdimenziós, vékony felületek is készíthetők (hagyományos zsaluzat nélkül is),

-

ellenzsaluzat nélkül akár fej felett is készíthető,

-

egy ütemben történik a beton készítése, szállítása, tömörítése,

-

teljesen gépesíthető (betonlövellő robot).

Hátrányai: -

visszahullási veszteség,

-

magas gépköltség.

A száraz lövési eljárás előnyei a nedves eljárással szemben: -

folyamatos szállítás,

-

nagyobb teljesítmény, szállítási távolság,

-

egyszerű a kötés- és szilárdulás gyorsító adagolás,

-

egyszerű, olcsó, könnyen karbantartható gép,

-

kis helyigény (kisebb a felület-lövőcső távolság).

Hátrányai: -

porképződés kilövéskor,

-

nagyobb visszahullási veszteség,

-

a v/c értéke nehezen ellenőrizhető (nem egyenletes).

A nedves eljárás előnyei a száraz eljárással szemben: -

ellenőrizhető a v/c értéke (állandó),

-

kevés a porképződés,

-

kicsi a visszahullási veszteség,

-

nagyobb az egy ütemben bedolgozható rétegvastagság.

Hátrányai: -

néhány szállítási módhoz magas v/c szükséges, alacsonyabb szilárdság, nagyobb zsugorodás,

-

drágább, nagyobb energiaigényű gép.

LŐTT- ÉS ÖNTÖTT BETON KÖLTSÉGEINEK ÖSSZEHASONLÍTÁSA

SZEGEZETT TALAJ

LŐTTBETON HÉJSZERKEZET (KÖLN)

LŐTTBETON HÉTVÉGI HÁZ (St. GEORGES)

LŐTTBETON ÚSZÓMEDENCE

VB HAJÓMODELL

A LŐTTBETON KÉSZÍTÉS PROBLÉMÁI 1. Visszahullási veszteség (Rückprall, rebound) A lövési eljárás következtében a bedolgozandó friss beton egy része lehullik, a lőtt felületen vagy a már ott levő betonon nem tapad meg. A visszahulló anyag mennyiségét befolyásolja a lövőcső átmérője, távolsága a lőtt felülettől, a kilőtt keverék sebessége, a lövőcsőnek a vízszintessel és a zsaluzattal bezárt szöge, a friss beton konzisztenciája (v/c), az adalék maximális szemnagysága, összetétele. A lövőcsőből kilépő anyagsugárban levő szemcsék egy része a lőtt felületnek vagy a friss betonnak ütközve visszapattan, de főként csak a sugár szélén levő szemcsék tudnak lehullani, mivel az ott „ritkább”. Az anyagsugár „ritkább” részének szélessége a lövőcső átmérőjének és a lövési távolságnak a növelésével nő, ami a visszahullási veszteséget is növeli (2. ábra). A lövési sebesség és a visszahullási veszteség kapcsolatát mutatja a 3. ábra. A sraffozással jelölt sebességtartományban működnek a lövőgépek. Amint az ábrán látható, nem ebben a sebességtartományban van a legkisebb visszahullás, de a 9. ábrából kiderül, hogy mégis ez a helyes választás, mivel így érhető el a legnagyobb nyomószilárdság. A lövőcsőnek a lőtt felülethez viszonyított helyzetétől is függ a visszahullási veszteség. A lövési távolság változásának visszahullási veszteségre gyakorolt hatását mutatja be a 4. ábra. Az 1 m körüli optimális távolság megszabja a lövéshez szükséges helyigényt is. Az 5. ábra a ferde felületre történő lövéskor várható visszahullási veszteségről ad tájékoztatást. A fej feletti (

= 900) lövésnél tapasztalható nagyobb veszteséget az okozza, hogy az új betonréteg teljes

súlyát csak a tapadás „rögzíti” az előző réteghez, és így a nagyobb, súlyosabb szemcsék könnyen leeshetne,. növelve a visszahullási veszteséget. A lövőcső helyes tartását a 6. ábra mutatja be. Nyilvánvaló, hogy a felületre merőleges lövőcső-tartásnál lesz a legkisebb a visszahullás, mivel ekkor a visszapattanó szemcsék az anyagsugárba ütközve és újra a lőtt felületre kerülve megtapadhatnak. A bedolgozásra kerülő beton konzisztenciája is befolyásolja a veszteséget. A képlékeny betonról kisebb a visszahullás (7. ábra). Mivel a szemcsék mélyebbre hatolnak a betonba, és kevesebb az esély arra, hogy a visszaverődés után kilépjenek belőle, mivel kisebb a visszaverődési út, mint a földnedves betonnál (8. ábra).

2. A lőttbeton vasalása A lőttbetonba épülő vasszerelés lehet: a) teherviselő b) zsaluzó c) a friss betonszerkezetet megtámasztó A teherviselő vasszerelés lehetőleg vékony (

6-8 mm) közepes szilárdságú (340-380 N/mm2) legyen.

Ezt a repedésképződés csökkentése és az acél lőttbetonba való jó beágyazhatósága indokolja. Mindkét feltétel a maximális sűrűség és minimális átmérőjű betonacélból készült vasalás készítését eredményezi, természetesen ésszerű határok között. Hálós vasalásnál a vasak legkisebb távolsága az alkalmazott adalékanyag átmérőjének négyszerese, de nem kisebb, mint 50 mm legyen. Egyebekben az MSZ 15022/7 előírásai érvényesek. A zsaluzatként, friss betonszerkezetet megtámasztó vasalásként (25. ábra) nagyobb átmérőjű vasakból és az arra kifeszített drótfonatból vagy anélküI, a készítendő szerkezet geometriáját követő és a betonlövellésből származó igénybevételeket elviselő önmagában állékony szerkezetet értünk. A vasalás, mint zsaluzat készíthető a felület alakját követő előre meghajlított vasakból, de a lécrács héjak mintájára egyenes vagy hajlított vasakból, síkban szerelve, majd felemelve és megtámasztva is kialakítható a görbült felületet megadó vasalás (22. ábra). A vasszerelést úgy kell rögzíteni a zsaluzathoz vagy kialakítani, hogy a rálőtt beton hatására ne tudjon elmozdulni, rezgésbe jönni, a friss betonban mozogni, tömörítve azt maga körül és megszüntetve a tapadást a vas és a beton között.

3. Zsaluzás A lőttbetonhoz felhasználható zsaluzatok: 1/a. A végleges szerkezetben bennmaradó armatúra. 1/b. A lőttbeton szerkezettel együttdolgozó zsaluzat (pl. a megerősítendő szerkezet mint zsaluzat működik a lövés idején).

2. Elbontásra kerülő zsaluzat. A lőttbeton készítéséhez egyoldali zsaluzat szükséges, amely olyan merev, hogy el tudja viselni a beton lövéséből

származó

igénybevételeket.

Általában

a

hagyományos

zsaluzatok

használatosak,

de

héjszerkezeteknél légnyomásos sátrakat is alkalmaztak már zsaluzatként. 4. A fogadó felület előkészítése, a lőttbeton felületképzése A lőttbeton ha közvetlenül talajra kerül (pl. csatornaépítés), akkor a talaj felszínéről lövés előtt a laza részeket el kell távolítani, vagy tömöríteni kell azt. Fagyott, átázott, szabad vizet tartalmazó talaj felületére nem szabad lőttbetont készíteni. Beton, vasbeton szerkezet javításánál használt lőttbeton készítése előtt a betonfelület laza részeit el kell távolítani, lehetőleg úgy, hogy a fellövendő betonréteg vastagsága egyenletesen változzon. A méIyedések pereme mentén is folytonos, törés nélküli átmenetet kell biztosítani. Ugyanígy kell a szerkezet sarkait, éleit is kialakítani. Az így kialakított felületet homokfúvással meg kell tisztítani a laza finom részektől, felületi szennyeződésektől, az előkerülő szerkezeti vasalást a felületén levő rozsdától. A lövés előtt a felületet nedvesíteni kell, hogy a fellőtt betontól ne tudjon vizet elszívni. A felületen levő felesleges vizet sűrített levegővel lehet lefúvatni, hogy nyirkos, matt felületet kapjunk. Ezután készíthető el a lőttbeton réteg. A kész lőttbeton felülete a zsaluzott oldalon tetszőleges lehet, a zsaluzat formájától, felületétől függően csak a kizsaluzhatóságot kell biztosítani. A lövési oldalon a lövés után durva, kissé egyenetlen felületet kapunk. Simább felület is készíthető. A felesleges anyag kaparó-, vagy éles vágólappal távolítható el a lövés után, majd leseperve a laza szemcséket a felületről kapjuk a végleges kialakítást. Még simább felületi igény esetén a fellőtt betonra vékony, takaró réteget hordunk fel finom homokból készítve, amit fasimítóval (szemcsés felület), gumisimítóval (nyers felület) vagy fémsimítóval (nagyon sima felület) dolgozhatunk el. A megszilárdult lőttbetonra műanyag alapú korrózióvédő bevonat készíthető. A bevonat fajtáját a szerkezetet érő hatások szabják meg (pl. savak, lúgok ellen védő bevonatok, vízzáró bevonatok csapóeső ellen védő, de páraáteresztő bevonatok, stb.). Ebben a kérdésben célszerű szakemberhez fordulni.

5. Vastag lőttbeton rétegek készítése Az egy ütemben bedolgozható lőttbeton réteg vastagsága 3-5 cm. Ez nagyon függ a lőtt keverék konzisztenciájától és a lőtt felület helyzetétől (pl. fej felett). Vastag lőttbeton rétegek több réteg egymás utáni felhordásával készíthetők. Lefelé történő lövés lehetséges munkafolyamatát mutatják a 24/a és b ábrák. A 24/b ábrán látható eljárásnál a visszahulló anyagot a lejtős beton lábától könnyű eltávolítani pl. sűrített levegővel. Függőleges fal készítésének módszereit mutatják a 24/c és d ábrák. Az első módszernél (24/c ábra) a fellőtt réteg megtámasztását az előző réteghez való tapadás biztosítja, és minden réteg lövése előtt a fal lábától a visszahullott keveréket el kell távolítani. Ezeket a hátrányokat kiküszöböli a második módszer (23/d ábra), ahol minden réteg egymásra és így a fal alapjára támaszkodik, és a visszahulló keverék a lejtős felületen lepereg, a fal lábánál gyűlik össze, nem zavarva a munkafolyamatot. Újabban nedves eljárással dolgozó lövőberendezésekkel, a friss betont tartó kétrétegű vasszerelésre felhordva a lőttbeton réteget már 15-20 cm vastag falakat is készítenek egy ütemben (alagútfalak, úszómedencék (25. ábra). 6. Szakemberek kiválasztása A fellőtt beton minősége, a visszahullási veszteség, az alkalmazott eljárástól és a lövőcsövet kezelő szakember alkalmasságától, lelkiismeretességétől függ.

KÖTÉS- ÉS SZILÁRDULÁSGYORSÍTÓ HATÁSA A BETON NYOMÓSZILÁRDSÁGÁRA (1. ábra)

LÖVŐCSŐ ÁTMÉRŐ HATÁSA (2. ábra)

KILÖVÉSI SEBESSÉG HATÁSA (3. ábra)

LÖVÉSI TÁVOLSÁG HATÁSA (4. ábra)

LÖVÉSI IRÁNY HATÁSA (5. ábra)

(7. ábra)

FELLÖVÉS HELYES SZÖGE (6. ábra)

KONZISZTENCIA HATÁSA

(9. ábra)

(8. ábra)

K= száraz keverék LB= lőttbeton H= visszahullás LB=K+V-H „SZÁRAZ” lőttbeton készítése

„NEDVES” lőttbeton készítése

VÁLTOZ ÁS Húzószílárdság kb. +40% Nyomószilárdság kb. +15% kb. Szakadó nyúlás +2000%-ig Rugalmassági modulus kb. +5% Zsugorodás kb. -30% Kúszás kb. +20% Hőtágulási tényező kb. 0% Hővezető képesség kb. +40% Térfogatsúly kb. +7% TULAJDONSÁG

Húzott, acélszállal kevert betonanyagú rúd viselkedése

Acélszál adagolású beton tulajdonságának változása

lövőcső száraz, hígáramú eljáráshoz

lövőcső nedves, sűrű áramú eljáráshoz, acélszál adagolással

lövőcső száraz vagy nedves hígáramú eljáráshoz , Acélszál adagolással

nedves, sűrűáramú hidraulikus lövőgép működési elve

nedves, sűrűáramú, csigás adagolású lövőgép működési elve

LÖVÉSI ELJÁRÁS SZÁLLÍTÁSI MÓD

CEMENT TÉNYEZŐ

SZÁLLÍTÁSI TÁVOLSÁG [m]

SZÁRAZ ELJÁRÁS HÍGÁRAMÚ

NEDVES ELJÁRÁS HÍGÁRAMÚ "DUGÓ"

LEVEGŐ

LEVEGŐ

150-500 (1000)

40-120

SŰRŰÁRAMÚ

LEVEGŐ PNEUMATIKUS 60-200

0,35-0,4 0,38- 0,35-0,4 0,42 0,4-0,45

HIDRAULIKUS CSIGÁS

70-110

70-100

10-150

0,45

0,4-0,48

0,3-0,6 0,4-0,6

GÉPKATALÓGUS

TETSZŐLEGES

AJÁNLAT

0,5 KÖRÜL

0,38-0,44

0,42-0,45

0,44-0,5

CEMENTADAGOLÁS [kg/m3]

300-450

270-350

290-330

330-450

VISSZAHULLÁS [%]

20-30

20-30

25-35

5-10

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

5. Előadás

A LŐTTBETON FELHASZNÁLÁSA AZ ÉPÍTŐIPARBAN Ebben a fejezetben néhány példán keresztül fogjuk bemutatni a lőttbeton szerkezetépítési felhasználását. Ezt azért tehetjük meg, mert egyrészt nem túl sok a példa, másrészt azonos problémára hasonló megoldások születtek a világ különböző részein. A példákat elsősorban a magasépítés területéről vesszük. Szerkezetmegerősítés A szerkezet „megerősítésének” elve: a) teher csökkentése, b) teherbírás növelése: -

statikai váz módosítás

-

keresztmetszet teherbírásának növelése

A lőttbeton alkalmazásával minden elvre találunk példát. 1. A megerősítés során elvégzendő munkák A károsodás okának (ha erre mód van) megszüntetésén túl a 2.4.4. pontban leírt munkákat kell elvégezni. 2. Rúdszerkezetek Rúdszerkezetek - pillérek, gerendák - megerősítése általában keresztmetszet-növeléssel, többletvasalás alkalmazásával oldható meg. Pillérek megerősítésének szokásos módja betonkéreggel, -héjjal való burkolás, a „köpenyezés”, amelyben kengyelekkel összefogott hosszvasakat helyezünk el. A betonkéreg közvetlen terhelése általában nem vagy nehézkesen valósítható meg. A megerősítés idején a pillérben ébredő normálerő nem hárítható át a kéregre. A hosszvasban fellépő igénybevételek a kéreg közvetlen terheléséből, a pillér (beton, vasbeton, kő, tégla) és a kéreg alakváltozás-különbsége következtében a pillér és a kéreg közötti tapadás révén átadódó teherből származnak. A pillérfej keresztirányú deformációja miatt is növekedhet a kéregben elhelyezett hosszvasak igénybevétele (10. ábra).

Lényeges szerepe van a „köpenyezésben” elhelyezett kengyelezésnek. Egyrészt a nyomott hosszvasak kihajlását gátolja meg, másrészt pedig a pillér haránt irányú alakváltozását, így „növelve” annak terhelhetőségét. A pillérek végein a teherátadás környezetében gondoskodni kell, a kéregben elhelyezett kengyelezéssel, a megnövekedett hasítóerő felvételéről is. A pillér oldalirányú kitérése megakadályozható pl. több réteg vékony, sűrű (

I mm # 12,5 mm)

galvanizált hálóval is, amit finom szemcséjű lőttbetonnal (ferrocement) borítunk (a kísérleti elemeknél 40%-os teherbírás-növekedést tapasztaltak). A gerendák megerősítésénél a legnagyobb problémát az utólag beépített, húzott vasalás nyomott övvel való együttdolgozásának biztosítása jelenti. Ha a teljes gerendát lőttbeton kéreg veszi körül (11/a ábra), akkor az abban elhelyezett kengyelezés megoldja a fenti problémát. Az együttdolgozás biztosítható a gerendában meglevő kengyelezéssel is. Erre az esetre a 11/b ábra mutat megoldást. Általában azonban a fenti megoldásokkal nem tudunk célt érni. Ekkor a lőttbeton kéreg és annak vasalása, valamint a nyomott öv együttdolgozása mechanikus kötőelemek használatával biztosítható (11/c,d ábrák). A 11/c ábrán látható megoldás nem csak az előbb vázolt problémát, hanem a lemezrész alatt levő lőttbeton kéreg megtámasztását is megoldja.

pillér megerősítése (10. ábra)

gerenda megerősítése (11. ábra)

A 11/d ábrán bemutatott kapcsolási mód vékony gerince esetén kedvező, de ha az utólag beépített húzott vasalás nem fektethető fel a támaszra, akkor a dűbelekben a nyíróerő mellett húzóerő is fellép, mivel a kéreg igyekszik a teher elöl „kitérni”. Vannak már próbálkozások a mechanikus kötőelemek nélküli, csak a tapadást, mint kapcsolatot használó megoldások kidolgozására is, acélhaj és vékony hálóval vasalt finom szemcséjű lőttbetonnal. 3. Födémek, függőfolyosók Vasbeton síklemez födémek legegyszerűbb megerősítési módja a keresztmetszetek növelése, a lemez alsó vagy felső felületére felhordott lőttbeton réteggel. A felső felületen készített betonréteg a lemez nyomott övét növeli, az együttdolgozás, tapadás, érdesítés, mechanikus kapcsolás útján biztosítható (öszvér tartó, 12. ábra). Mechanikus kapcsolatként ragasztott csapok, fémdűbelek használatosak. Az alsó felületre felhordott betonba húzott vasalás helyezhető el, amelynek a nyomott övvel való együttdolgozását általában mechanikus kapcsolóelemek biztosítják. Ha a meglevő szerkezet nem vonható be a teherviselésbe, de nem akarjuk elbontani, akkor általában a födém alá elhelyezett acélgerendákra készítünk lőtt vb. lemezt, ami teljes felületen alátámasztja a meglevő födémet. A 13. ábrán bemutatott két változat közül a második mind statika, mind költségek szempontjából előnyösebb, a lőttbeton lemez többtámaszúsítása és az acélgerendával való együttdolgoztatása miatt. (A megoldás a PENGEBETON Kisszövetkezet szabadalma.) Függőfolyosók megerősítésénél is hasonlóan járhatunk el. A 14. ábrán látható megoldásnál - a vasalt lőttbeton lemez alátámasztására speciális előregyártott vasbeton konzolokat alkalmaznak (225113589182 alapszámú magyar szabadalmi bejelentés alapján). Csaposgerendás födém alulról (a padló megbontása nélküli) megerősítési módját láthatjuk a 15. ábrán, ahol a fafödém teljes aláfogása lőttbetonból készült felülbordás födémmel történik, a bordák helyén levő gerendák kivágása után.

4. Épületek megerősítése A címben jelzett téma elemeit az előző fejezetrészekben tárgyaltuk már. Itt arra szeretnénk felhívni a figyelmet, hogy a lövési technológia ideiglenes megtámasztást biztosító szerkezeti elemek készítésére is alkalmas, mivel rövid idő alatt (gyorsan kötő cement használata), nagy teherbírású szerkezetek készíthetők vele. Használata életveszély-elhárítási feladatok esetén válhat szükségessé. A ideiglenes megerősítésre, sérült szerkezeti elemek cseréjére ezután kerülhet sor. Példaként a [33]-ban található esetet említjük. Itt egy háromemeletes lakóház földszinti téglapillérei tönkre mentek. A törési folyamat megállítása (a pillérek ideiglenes kiváltása) a nyílásokban készített fadúcolat és lövési eljárással készült vasbeton „fal” segítségével történt. Ezután a törött pilléreket szintén lövési eljárással készült vasbeton pillérekre cserélték. Az új pillérek elkészülte után az ideiglenes dúcolat és „fal” elbontásra került. Földrengés hatására megrongálódott épületek megerősítésére is kiválóan alkalmas a lövési technológia, mivel a sérült pillérek (Id. 3.1.2), merevítő falak megerősítése, cseréje vagy újak építése is lehetséges ezzel az eljárással. 5. Héjszerkezetek Hazánkban vasbeton héjszerkezetű hűtőtornyok (hengeres és forgási hiperboloid alakúak) megerősítése készült lőttbetonnal. A megerősítést az időjárás okozta betonhiányosságok és az acélbetétek korróziója miatti teherbírás-csökkenés indokolta. Az első megoldásoknál a héj külső és belső felületére is 6-10 cm lőttbeton réteg került, amelyben az elhelyezett vasalás a korrodált acélokat pótolta. Az úi beton korrózióvédelmét műanyag bevonattal oldották meg. Hűtőtornyoknál a legkedvezőtlenebb igénybevételek a szélteherből származnak. A szélteher eloszlása a héj vízszintes metszete mentén a héjfelület érdességének függvénye, (16/a ábra), ennek változtatásával módosíthatók a héj igénybevételei, általában csökkenthetők úgy, hogy a korróziós károkat szenvedett vasalás is képes elviselni a módosult igénybevételeket, ha az állapota nem romlik tovább.

síklemezfödém megerősítése (12. ábra)

(13/a. ábra)

(13/b. ábra)

ACÉL TARTÓ kg BETONACÉL kg LŐTTBETON m3

HAGYOMÁNYOS MÓDSZER

ÚJ MÓDSZER

MEGTAKARÍTÁ S

1943 1760 12,92

416 433 8

1527 1327 4,92

A számítás 100 m2 födémre vonatkozik födém megerősítés

Függőfolyosó megerősítés (14. ábra)

Csapos gerendafödém megerősítése (15. ábra)

Hűtőtornyok megerősítése (16. ábra)

Forgási hiperboloid alakú hűtőtoronynál alkalmazták ezt az elvet a héj megerősítésére. Az „érdesítés” a héj külső felületén készített, meridián irányú bordázattal valósítható meg. Az „érdesség” mértéke (a szélteher eloszlása) a bordák számának, magasságának növelésével változtatható. A fent leírt módon történt az inotai Hőerőmű Vállalat 3. sz. hűtőtornyának a megerősítése (16/a. ábra). (Tervező: TTI, kivitelező: PENGEBETON Kisszövetkezet.) A felületi hiányosságok, betonfedés kijavítása, a szélbordák elkészülte után a hűtőtorony kívül-belül műanyag alapú korrózióvédő bevonatot kapott. A héj igénybevételei a statikai váz módosításával is csökkenthetők. Hengeres hűtőtornyok felső peremén beépített merevítőgyűrű hatásosan csökkenti a héj igénybevételeit (16/b ábra). A megváltozott igénybevételeket pedig a csökkent teherbírású héjpalást is képes elviselni. Ezt a megerősítési módot választották egy dunaújvárosi hengeres hűtőtorony megerősítéséhez. (Tervező: SÁMSON Kisszövetkezet, kivitelező: PENGEBETON Kisszövetkezet.) Forgási hiperboloid alakú hűtőtornyoknál a közbenső merevítőgyűrűk hatásosak, de általában magas (100 m felett) tornyoknál kerülnek beépítésre. Ezek a megoldások a PENGEBETON Kisszövetkezet és a TTI közös szabadalmai. Statikai működésük miatt a héjszerkezetek közé sorolhatjuk a boltozatokat, amelyek téglából, kőből készülhetnek. Az alsó felületükön, az időjárás és egyéb hatások következtében, a tégla, kő mállásnak indulhat. A folyamat megállítására, utólagos védelemre jól használható a mállott részek eltávolítása után az ép tégla-, kőfelületre felhordott lőttbeton réteg. Ha a boltozat teherbírását is növelni szükséges, akkor a boltozattal együttdolgozó, vastagabb teherbíró lőttbeton szerkezet készíthető a boltozat alsó felületén. A boltozat és a lőttbeton réteg együttdolgozása az új osztrák alagút-építési módszerhez (NÖT, NATM) kidolgozott eljárással követhető figyelembe véve a megerősítés sajátosságait.

6. Munkagödör-határolások, támfalak A hagyományos munkatér-határolásoknál a legnagyobb gondot a dúcolandó felület kialakítása, megtámasztása jelenti, ha az utólagos nagyobb felszínmozgásokat el akarjuk kerülni. A lőttbeton egyenetlen munkatérfalra is felhordható. A felületre elhelyezett hegesztett vasháló növeli a betonréteg teherbírását. A lőttbeton kéreg földfalat megtámasztó hatása talajszegek, talajhorgonyok segítségével biztosítható. A berlini (Siemens) dúcolat acéltartók közé is készíthető vb. lemez lövési eljárással, a talaj megtámasztására, ami alkalmazkodik a talaj felületéhez, a fatáblákhoz képest nagyobb teherbírása megengedi az acéltámaszok ritkább osztását, csökkentve a költségeket és az élőmunkaigényt. A támfalak megerősítésére és állagvédelmére a boltozatoknál leírt módon használható a lőttbeton.

A LÖTTBETON SZERKEZETEK TERVEZÉSÉNEK MÉRETEZÉSI KÉRDÉSEI Az új lőttbeton szerkezetek méretezése ugyanolyan szempontok alapján végezhető, mint a hagyományos öntött beton szerkezeteké. A készítendő szerkezet egyoldali zsaluzatának azonban a lövési eljárásból származó dinamikus hatásokat is el kell viselnie. Megerősítéseknél a végleges szerkezet szilárdsági, stabilitási stb. ellenőrzésén kívül vizsgálni kell, hogy a meglevő szerkezet képes-e hordani a fellőtt nedves beton súlyát annak megszilárdulásáig. Külön vizsgálni kell a régi és új szerkezet kapcsolatát, hogy elegendő-e a tapadás, vagy mechanikus kapcsolat is szükséges az együttdolgozás biztosításához (öszvértartó). A régi szerkezetre rákerülő, azzal összekapcsolt lőttbeton rétegnek gátolt a zsugorodása. Az ebből származó igénybevételek is jelentősek lehetnek (pl. vastag lőttbeton és vékony megerősített szerkezeteknél), amelyek mind a lőttbeton rétegre, mind a megerősített szerkezetre nézve lehetnek károsak de hasznosak is. Ez a geometriai viszonyok, az összekapcsolás módja, a lőtt és erősített szerkezet korkülönbsége stb. befolyásolja. Az említett probléma elsősorban födémek, gerendák megerősítésénél merül fel. A lőttbeton réteg zsugorodásából repedésmentes állapotban keletkező igénybevételek alapján számíthatók. A megerősített pillérek teherbírásának számítására az MI 15011-1988-ban találunk útmutatást. Összefoglalva megállapíthatjuk, hogy a lőttbeton szerkezetek méretezése ugyanúgy történhet, mint az öntött technológiával készülő szerkezeteké, néhány (főleg megerősítéseknél előforduló) vizsgálat kivételével.

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

6. Előadás

Ragasztott acéllemezes megerősítések

VASBETON FÖDÉMSZERKEZETEK MEGERŐSÍTÉSE RAGASZTOTT - DŰBELEZETT ACÉLSZALAG SEGÍTSÉGÉVEL A födémek, födémbordák teherbírásának növelésére ragasztással, dűbelezéssel rögzített acélszalagok szerelhetők fel a szerkezet alsó, illetve felső felületére. Az acélszalag elsősorban a födémben keletkező hajlítónyomatékokból származó húzóerők felvételére alkalmas, és így biztosíthatja a födémszerkezet megfelelő nyomatéki teherbírását. A szakirodalomban találhatók kutatási eredmények a ragasztott - dűbelezett acélszalagokkal megerősített vasbetonszerkezetek nyírási teherbírásának növelésére is [1], azonban a nyírás a vizsgálataink többségét képező lemez-jellegű szerkezeteknél nem mértékadó, ezért e témakörrel itt nem foglalkozunk. A megerősítés alapvetően három módon történhet: a) ragasztással felerősített acélszalaggal (szalagvég-- lehorgonyzás nélkül); b) ragasztással felerősített acélszalaggal szalagvég - lehorgonyzással (dűbelezéssel, vagy ragasztott lehorgonyzó lemezzel); c) folyamatosan elhelyezett dűbelekkel felerősített acélszalaggal. (Ebben az esetben a ragasztónak csak technológiai és nem erőtani szerepe van.) A következőkben az említett acélszalagos megerősítések tervezéséhez adunk szempontokat. 1. Ragasztással rögzített acélszalaggal megerősített szerkezetek tervezése és kialakítása 1.1 Általános megjegyzések Az acélszalagot a födémszerkezet húzott oldalán kell felragasztani a hajlításból származó húzóerő felvételére. A megfelelően kivitelezett ragasztás az acélszalag és a betonfelület között tapadásos kapcsolatot hoz létre, ezért a méretezésnél kezdetben a vasbeton keresztmetszetek vizsgálatánál ismert alapfeltevéseket alkalmazták. Ezek egy részét a kísérletek nem igazolták. Vasbeton szerkezeti elemek ragasztott acéllemezzel történő megerősítésének különleges problémáit az 1. ábrán feltüntetett húzott rúd viselkedése mutatja szemléletesen. --------l. ábra---------

Ennek alapján a tervezésnél az alábbi hatásokat kell számításba venni: I.

a repedések környékén az acélszalag helyi hajlító igénybevétele;

II.

az alakváltozások megoszlása a bebetonozott betonacélok és a beton felületére felragasztott acélszalag között;

III. az acélszalag végénél a ragasztás felhasadásának veszélye. Ragasztással történő rögzítés esetén a következőkre kell tekintettel lenni: Az LCPC francia laboratóriumban [7], valamint egyes japán kutatók által végzett [8] kísérletek szerint: -

a ragasztó rétegben keletkező csúsztató és normálfeszültségek a repedések szomszédságában maximálisak, a repedéstől távolodva pedig rohamosan csökkennek. A maximális feszültség értéke elsősorban a szerkezeti elemek geometriájától függ, de független a ragasztás Lr hosszától, feltéve, hogy az legalább a betonkeresztmetszet vastagságának kétszerese;

-

a ragasztó réteg maximális feszültsége a betonkeresztmetszet vastagsági méretével és az acéllemez vastagságával arányosan növekszik, míg a ragasztóréteg vastagságának csökkenésekor csökken;

-

az acélszalagban keletkező átlagos normálfeszültségnek a helyi hajlítás figyelembevételével kialakuló maximális húzófeszültséghez viszonyított aránya a lemez vastagságától függ. Értéke 3 mm vastag lemez esetén kb. 0,65, míg 6 mm vastag lemeznél kb. 0,75.

A ragasztott acél szalaggal megerősített hajlított vasbeton keresztmetszet alakváltozási ábráját a kísérletek alapján a 2. ábra mutatja. --------2. ábra-------Az ábrából kitűnik, hogy az acélszalag megnyúlása a ragasztóréteg nagymértékű deformációja miatt nem határozható meg a sík keresztmetszet elvének feltételével. Az acéllemez tényleges, átlagos (

m)

alakváltozásának és a lineáris alakváltozási ábra feltételezésével meghatározható átlagos ( l) megnyúlásának aránya a terhelés intenzitásától függ. Kis terheknél az n =

m

/

l

értéke ~2, míg az

acéllemez plasztifikálódásakor ez az arány 1-hez közelít. Viszonylag kis terheknél tehát az acéllemezben keletkező tényleges húzófeszültség nagyobb, mint a klasszikus vasbeton elmélet szerint meghatározható érték.

1. 2 A ragasztott acélszalagos megerősítés méretezése Az előző pontban ismertetett különleges problémák miatt a megerősítés tervezésénél a következőket kell elvégeznünk a használati és teherbírási határállapotban: -

meg kell határozni az erősítő acélszalag szükséges keresztmetszetét, amelyet

-

ellenőrizni kell a helyi hajlításból származó többletfeszültségekre is, továbbá

-

ellenőrizni kell, hogy a ragasztás, felhasadhat-e.

1.2.1 Az acélszalag szükséges keresztmetszeti területének meghatározása A szabványos terhekből számított igénybevételek alapján, a hajlított vasbeton keresztmetszet méretezésénél elfogadott általános alapelvek szerint lehet elvégezni az alábbi kiegészítésekkel: Használati határállapotban történő vizsgálatnál a betonkeresztmetszetben levő hagyományos vasalás As, illetve a felragasztott acélszalag Al,

sH,,

illetve

lH

határszilárdságát az LCPC kísérletek

figyelembevételével egy ks illetve kl szorzótényezővel csökkentve javasoljuk számításba venni, ahol 3mm ≤ vl ≤ 6mm lemezvastagságok alkalmazása esetén a ks és kl csökkentő tényezők értékei az alábbiak: ks = 1,2 - 0,08 - vl kl = 0,46 + 0,08-vl Teherbírási határállapotban történő vizsgálat esetén sem a betonban meglévő vasalás, sem pedig a felragasztott acélszalag határszilárdságát nem kell redukálni. Az acélszalag határfeszültségét azonban a fellépő helyi hajlításokból származó többletfeszültség miatt a szabványban általában megadott értékhez képest csökkenteni kell. A csökkentés mértékét a Kl,h = 0, 65 szorzótényezővel javasoljuk figyelembe venni.

A megerősítéshez általában 6 mm-né1 vastagabb acélszalagot nem célszerű alkalmazni. Ha ezzel a szükséges acélkeresztmetszet nem biztosítható, akkor több, egymásra ragasztott réteggel érhető el a szükséges, teherbírás, ezzel a megoldással a nyomatékok változása is kedvezőbben követhető. Több réteg alkalmazása esetén a közvetlenül a betonfelülettel érintkező acéllemezben keletkező F1 húzóerőnek és a teljes húzóerőnek az aránya numerikus vizsgálatok [7] alapján: - két réteg acélszalag esetén

F1 = 0,66 F

- három réteg acélszalag esetén

F1 = 0,5 F

értékkel vehető figyelembe. A vizsgálatok szerint a helyi hajlítás mértéke egymáshoz ragasztott lemezek esetén nem tér el jelentősen az azonos vastagságú egyetlen lemezzel történő megerősítésnél kialakuló helyi hajlítástól. 1.2.2 A ragasztás felhasadásának ellenőrzése 1.2.2.1 Törésmechanikai alapon történő ellenőrzés Az acéllemez végénél a ragasztás felhasadása elméletileg törésmechanikai megfontolások alapján vizsgálható. A felhasadás elvileg nem következik be, ha a ragasztás végénél lévő keresztmetszet igénybevételéből az eredeti és a megerősített keresztmetszet alapján számítható W energiakülönbség nem nagyobb, mint a ragasztásban a repedés továbbterjedéséhez szükséges R energia. Kísérleti vizsgálatok [7] szerint, szokásos ragasztóanyagok alkalmazása esetén a repedés továbbterjedéséhez szükséges minimális fajlagos energia: R = 50j / m2. A ragasztás végénél lévő eredeti, illetve megerősített keresztmetszet alapján kialakuló fajlagos energiakülönbség elméleti értéke:

w= ahol

1 2 ⋅ hr

⎡ 2⎛ 1 ⎛1 1⎞ 1 ⎞⎤ − ⎟⎟⎥ − ⎟⎟ + QM2 ⎜⎜ ⎢MM ⎜⎜ ⎝ Hb Ht ⎠⎦⎥ ⎣⎢ ⎝ B b B t ⎠

MM ill. QM a mértékadó hajlítónyomaték, ill. nyíróerő a ragasztott acélszalag végénél lévő keresztmetszetben; Bb = EbIb ill. Hb = GbAb a megerősítetlen vasbeton keresztmetszet hajlítási, illetve nyírási merevsége; Bi = EbIi, ill. Hi = GbAi a megerősített, acélszalaggal együttdolgozó ideális vasbeton keresztmetszet hajlítási, illetve nyírási merevsége, az I. feszültségi állapotban; br

a ragasztás szélessége.

A kapcsolat a ragasztás felhasadása szempontjából megfelel, ha W < 50 J/m2, azaz = 50 N/m Más kutatók [2] által végzett kísérletekben meghatározták a megerősítendő vasbetonszerkezet azon nyomatékát, mely a ragasztó felhasadását okozza. Azt tapasztalták, hogy a tönkremenetel - megfelelő minőségű ragasztóanyag esetén (lásd később a 4. pontot) - általában a megerősítendő szerkezet alsó rétegében a ragasztás fölött következik be (3. ábra). A felhasadást okozó nyomaték határértékének meghatározására az alábbi kifejezést ajánlják: Mf ,H = ahol

EbIII,m

Eb ⋅ III,m ⋅ σ hH

γ ⋅ El ⋅ v l

az acéllemezzel megerősített (berepedt) gerenda hajlítási merevsége a II. feszültségi állapotban,

hH

a beton húzási határfeszültsége,

El

a megerősítő acéllemez rugalmassági modulusa,

vl

a megerősítő acéllemez vastagsága, továbbá

g = 1,86

használati, illetve

g = 0,901

teherbírási határállapotban történő vizsgálatnál. -------- 3. ábra ---------

A felhasadás nem következik be, ha Mf,H>MM ahol

Mm a megerősítő szalag végétől d távolságra (a tartó hasznos magassága.) lévő keresztmetszetben

a megerősített gerendában fellépő mértékadó nyomaték (3. ábra). E vizsgálatokb6ól két fontos következtetést is levonhatunk: egyrészt, hogy ajánlatos az acélszalagos megerősítés végét minél közelebb vinni a gerenda megtámasztásához (kisebb az Mm), másrészt, hogy célszerű a megerősítő acélszalag vastagságát minél kisebbre választani (nagyobb az Mf,H).

A ragasztással rögzített acélszalag vastagságára több kutató [3], [4] az alábbi értéket ajánlja: vl = (0, 005 - 0, 007)d 1.2.2.2 A rugalmas együttdolgozó rétegek elmélete alapján történő ellenőrzés A ragasztás felhasadása, a ragasztó réteg tönkremenetele vizsgálható a rugalmas -együttdolgozó rétegek elmélete alapján [5] is. A [3], [5] kutatási eredmények szerint a ragasztott kapcsolat megfelelő, ha az acéllemez végén, a ragasztórétegben fellépő meg az [5]-ben megadott

0,

0

m,

< M

0

m

nyíró - ill. normálfeszültségek nem haladják

határértékeket, vagyis:

M

A gyakorlati esetekben

ill.

= 3 ~ 5 N /mm2 és

0

0

<

és 0

= l ~ 2 N/mm2, tényleges értékük a következőképpen

számítható ki: 1 ⎡ ⎤ 2 ⎛ ⎞ K b ⋅v s ⎢ ⎟⎟ ⋅ MM ⎥ ⋅ l l ⋅ (hl − x ) , τ 0 = Q M + ⎜⎜ ⎢ ⎥ I I ,m ⋅ b r ⎝ El ⋅ bl ⋅ v l ⎠ ⎣⎢ ⎦⎥ 1

⎛ Kn ⎞4 ⎟⎟ σ 0 = τ 0 ⋅ v s ⎜⎜ ⎝ 4 ⋅ E l ⋅ Il ⎠ ahol

Ks =

Gr ⋅ br vr

a ragasztás fajlagos nyírási merevsége

és

Kn =

Er ⋅ br vr

a ragasztás fajlagos húzási merevsége,

I I ,m = teljes inercianyomatéka.

Eb ⋅ b ⋅ x 3 2 2 + A s (h − x ) + b l ⋅ v l ⋅ (h l − x ) 3 ⋅ El

pedig a megerősített szerkezet

A fenti képletekben: QM

a mértékadó nyíróerő az acélszalag végén,

MM

a mértékadó hajlítónyomaték az acélszalag végétől d/2 távolságra (hasonló módon, mint a 3. ábrán)

El, Er, ill. Eb

az célszalag, a ragasztó ill. a beton rugalmassági modulusa,

Gr,

a ragasztó nyírási rugalmassági modulusa.

A többi (geometriai jellegű) jelölés értelmezése a 4. ábrán látható. Fontos szem előtt tartani, hogy a képletben a megerősítendő szerkezetben meglévő As acélbetét mennyiségébe csak azok a vasak számíthatók be, amelyeknek a berepedt (megerősítendő) keresztmetszettől mindkét irányban biztosított az együttdolgozásuk a betonnal (vagyis megvan a lehorgonyzási hosszuk). ----------- 4. ábra ----------2. Véglehorgonyzással ellátott, ragasztott acélszalag tervezése és szerkezeti kialakítása Az acélszalag végének felszakadása a ragasztott kapcsolat gyors tönkremenetelét okozhatja. Ezt a folyamatot késleltethetjük, ha a ragasztott acélszalag végét véglehorgonyzással látjuk el. A véglehorgonyzás készülhet: -

dübelezéssel, ill.

-

ragasztott lehorgonyzott acélszerelvénnyel.

2.1 A dűbelezéssel készített véglehorgonyzás A dübelezéssel készített véglehorgonyzás vizsgálatával foglalkozó kutatások [5], [6] megállapítják, hogy a dübelezés csak igen csekély mértékben (5-10%) és csak vékony acélszalagok alkalmazása esetén növeli a ragasztott acéllemezzel készült megerősítés teherbírását. Vékony ragasztott acélszalagnál ugyanis a szalag nem fogja erősen a dűbelt így határállapotban palástnyomásból eredő "kigombolódás” jellegű tönkremenetel következik be, miközben az acélszalag jelentős nyúlásokat szenved. Vastag ragasztott acélszalag merevebben fogja a dűbelt, így a szalagvégi lehorgonyzásban erős feszültségkoncentráció jöhet létre, amely korán nyírási jellegű helyi tönkremenetelt okozhat, még mielőtt a ragasztott kapcsolat hosszában felhasadna, tönkremenne.

Ebből is látható, hogy a ragasztott kapcsolattal történő erősítésnek felső korlátai vannak: vastag acéllemez (pl. túlméretezésből adódó) alkalmazása esetén a véglehorgonyzás egyáltalán nem hatásos, sőt, mint az 1.2.2.1 pontban láttuk, a felhasadás is kisebb igénybevételnél következik be. Ez a jelenség a több rétegű, vékonyabb acéllemezek alkalmazását indokolja az igénybevételi ábra lehetőségszerinti követésével. A végdűbelezés elsődleges előnye abban van, hogy duktilisabbá teszi a ragasztott kapcsolatot [5]. A duktilitás jellemzésére szolgáló szívóssági modulus (az erő elmozdulás diagram tönkremenetelig tartó szakasza alatti terület) jelentősen megnövekszik, ezáltal tehát megbízhatóbb, tartósabb erősít6 kapcsolat létesíthető a végdűbelezés alkalmazásával. Ezt főleg ismétlődő igénybevételekkel terhelt megerősítendő szerkezetek (pl. hidak) esetén célszerű szem előtt tartani. 2.2 A ragasztott lehorgonyzó acélszerelvény A ragasztott lehorgonyzó acélszerelvény alkalmazása éppen a dűbel „feszültséggyűjtő” hatását küszöböli ki. Viszonylag kevesebb kutatás foglalkozott e véglehorgonyzással [6], bár ezek nagyon kedvező eredményeket mutatnak, különösen a födémbordák, gerendák megerősítése tekintetében, ahol lehetőség van az 5. ábra szerinti szerkezeti kialakításra. --------5. ábra -------Ilyen esetekben a ragasztott kapcsolat teherbírás-növekedése az 55-60%-ot is elérte, és a kapcsolat ugyanolyan duktilis tulajdonságokat mutatott, mint a végdűbelezéssel ellátott kísérleti elemeké. A ragasztott véglehorgonyzó szerelvény alkalmazása tehát több tekintetben is előnyősnek látszik, azonban a kapcsolat megbízhatósága itt is elsődlegesen a ragasztási munka minőségétől függ.

K n = Ea

ba da

σ3 = Kn ⋅ w Kn d4 w + 4γ 4 w = 0 ; γ 4 = 4 4E p I p dx d2 w = −m 20 dx 2 d3 w f3 = −E p I p = − f20 dx 3

m 3 = −E p I p

w=

[(

e − γx f20 γ + m 20 γ 2 cos γx − m 20 γ 2 sin γx 4 2E p I p γ

)

[

σ 3 = 2e −γx (f20 γ + m 20 γ 2 ) cos γx − m 20 γ 2 sin γx

τ = τ1 + τ 2 σ =σ3

τ =

τ ba

;

σ =

σ ba

1 ⎛ ⎞ ⎜ ⎡ K s ⎤ 2 ⎟ b p dp (hp − h) τ 0 = ⎜ F0 + ⎢ ⎥ M0 ⎟ ⎜ ⎟ I ⋅ ba ⎣⎢ E p b p dp ⎦⎥ ⎝ ⎠

⎛ Kn ⎝ 4E p I p

σ 0 = τ 0 dp ⎜⎜

⎞ ⎟ ⎟ ⎠

1 4

]

]

1. ábra

2. ábra

3. ábra

4. ábra

5. ábra

Nyírásból származó felhasadás 7. ábra

Hajlításból származó felhasadás 8. ábra

Első hajlítási és leválási repedések 9. ábra

Leválási tönkremenetel előtti utolsó repedéskép 10. ábra

Repedéskép a leválási tönkremenetel után 11. ábra

Hajlítási tönkremenetel 12. ábra

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

7. Előadás

3. A MEGERŐSÍTÉSEK KIVITELEZÉSÉNEK ÁLTALÁNOS SZABÁLYAI Az acéllemez felragasztásakor a beton felületének egyenetlensége ne legyen több 5 mm-né1 2,0 m hosszon, illetve 2 mm-nél 0,2 m hosszon. A beton felületét az acélszalag felragasztása előtt száraz, vagy nedves homokszórással, vagy nagynyomású vízsugárral megfelelően elő kell készíteni. Nedves előkészítés esetén megfelelő száradási időt kell biztosítani a lemez felragasztása előtt. Az egy rétegben felragasztandó acélszalag vastagsága v = (0,005 - 0,007)d, lehetőleg 3-5 mm legyen. Ragasztott, acéllemezzel való megerősítéshez elsősorban A24 jelű hegeszthető acé1 alkalmazható. Az acéllemez megfelelő méretre vágása után annak felületét zsírtalanítani, majd homokfúvással érdesíteni kell. A lemezeket védett helyen kell tárolni, és felragasztás után azonnal korrózióvédelemmel kell ellátni. A ragasztóanyag felhasználásánál a gyári előírásokat szigorúan be kell tartani. A ragasztáshoz olyan epoxi műgyanta alapanyagú ragasztó javasolható (pl. TIPOX IHS), melynek nyírószilárdsága megszilárdulás után a beton húzószilárdságának legalább kétszerese. Az epoxi műgyanta komponenseinek javasolt keverési aránya 1:2 (lassú : gyors), az így elérhető rugalmassági modulus (E) kb.: 300 N/mm2 a nyírási rugalmassági modulus (G) pedig kb.: 120 N/mm2 lesz. Az átlagos (javasolt) ragasztási vastagság 2-3 mm, de mindenképpen kisebb, mint az acélszalag vastagságának a fele. A ragasztóanyag kötésének ideje alatt az acélszalag felületét egyenletes, 15-40 kN/m2 nyomás alatt kell tartani, ennek biztosításra a kötésidő alatt megfelelő módon (pl. kitámasztás) gondoskodni kell. A munkafolyamatok elvégzése után a ragasztás minőségét ellenőrizni kell és a tapasztalt hibákat ki kell javítani.

Dübellel felerősített acéllemezes megerősítések

1. FOLYAMATOSAN ELHELYEZETT DÜBELEKKEL FELERŐSÍTETT ACÉLSZALAG MÉRETEZÉSE A hajlított vasbetonszerkezet megerősítésére a szerkezet húzott oldalán folyamatosan elhelyezett dübelezéssel felerősített acélszalag is alkalmazható [12]. A hajlításból származó húzóerőt ekkor is az acélszalag veszi fel. A BME Vasbetonszerkezetek Tanszékén végzett kísérletek szerint a vasbeton gerendák hossztengelye mentén kellő sűrűséggel kiosztott dübelezés esetén az acélszalagban keletkező húzóerő a vasbeton keresztmetszetek méretezésénél alkalmazott alapelvek szerint határozható meg. Az acélszalag hasznos keresztmetszeti területének meghatározásánál a dübelek elhelyezésére szolgáló furatokat nem szabad figyelembe venni. Az acélszalagnak a betonfelülethez való rögzítéséhez katalógusból ismert határterhelési adatú dübeleket, csavarokat javasolunk alkalmazni. A rögzítő elemeket a borda hossztengelye mentén a mértékadó nyíróerő ábra változása szerint célszerű kiosztani. Az alkalmazott csavarok illetve dübelek számát (6. ábra) így kell meghatározni, hogy az egy csavarra jutó csúsztatóerő nagysága a vizsgált keresztmetszetre mértékadó nyíróerő alapján az alábbi képlet szerint legyen: K=

ahol

1 QM ⋅ s, n z

QM

a mértékadó nyíróerő;

z

a belső erők karja, (a számításban z = 0,8 h értékkel szabad számításba venni, ahol h a borda magassága);

s

a csavarok, illetve a dübelek távolsága a lemez hossztengelyének irányában mérve;

n

az egy sorban elhelyezett csavarok száma, (feltételezve, hogy azonos átmérőjű dübeleket alkalmazunk.)

6. ábra

A K csúsztatóerő értéke, csökkenthető a vizsgált keresztmetszetben az acélszalag által felvett Hl húzóerő és az MM mértékadó nyomatékból számított és az acélszalag és a bordában meglevő húzott vasalás által együttesen felvett H húzóerő arányának megfelelően, ha a betonban lévő vasalás lehorgonyzása a vizsgált keresztmetszettől számítva biztosított. Így egy rögzítő elemre redukált mértékadó csúsztatóerő a K red =

Hl K H

értékkel vehető figyelembe. A dübelek, csavarok teherbírásával foglalkozó szakirodalomra itt csupán [9], [10] hivatkozunk azonban tájékoztatásul az 1. táblázatban megadjuk egy csavar határerejét a HILTI katalógus alapján szabványosított HSA HILTI alapcsavarokat figyelembe véve, a szabványban rögzített furatmélységek esetén. A csavarokat a terhek alapértékére kell ellenőrizni. 1. táblázat: Az acéllemezek felerősítésénél alkalmazható HILTI csavarok teherbírása A HILTI csavar Határerő [kN] jele HSA M 8*75 8,9 HSA M 10*90 15,4 HSA M 12*110 22,7 HSA M 16*145 41,4

Furatmélység [mm] 55 60 80 100

Megjegyzések: 1. A táblázati értékek akkor használhatók, ha a beton minimálisan C20-as szilárdsági jelűnek számítható. 2. Ha a furat mélysége, nem éri el a táblázatban szereplő értéket, akkor a határerőt lineárisan csökkenteni kell úgy, hogy kétszeres furatátmérőnek megfelelő furatmélység esetén a határerő zérus legyen.

A MEGERŐSÍTÉS ELVI VÁZLATA METSZET

ALULNÉZET

A-A METSZET

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

8. Előadás

SZÉNSZÁLAS ERŐSÍTÉSŰ MŰANYAG (CFK) SZALAGOK ALKALMAZÀSÀVAL TÖRTÉNŐ MEGERŐSÍTÉSEK

Mechanikai tulajdonságok

AFK-szalag GFK-szalag CFK-szalag Méretek [mm] Száltartalom [térf%] Húzószilárdság [MPa] Rugalmassági modulus [GPa] Szakadónyúlás [%] Sűrűség [g/cm3]

7,5 43 1290 53 2,2 1,25

7,5 - 25 65 - 70 1670 51 3,3 2,1

3-7 60 - 65 2800 160 1,6 1,5

Feszítőpász Feszítőpász ma ma St1470/1670 St1570/1770 5 12,5 > 1670 > 1770 205 205 6 7 7,85 7,85

CFK SZALAGOK TULAJDONSÁGAI, ALKALMAZÁSÁNAK ELŐNYEI

- Kívánság szerint előállítható szilárdsági tulajdonságok („acélszerű” anyag, magas rug. modulus, nagy szilárdság, stb.) - Kis merevség (csekély szerkezeti vastagság) nincs „elválás” a tartóvégen - Jó tapadási tulajdonságok (lehorgonyzás) - Acélszerű anyag - nincs kompatibilitási probléma - Könnyen, jól szállítható, szerelhető - Kis keresztmetszeti méret - Korrózióra nem érzékeny, jól terhelhető

CFK SZALAGOK VISELKEDÉSE HAJLÍTOTT SZERKEZETEN

Méretezésre megengedett feszültség (s) a CFK szalagokban CFK 200/2000 (E-modul > 200 Gpa) [%] 0,6% x 210 Gpa 1200 0,6 N/mm2 0,8% x 210 Gpa 1700 0,8 N/mm2

Megerősítési fok (V) Mv: számított törőnyomaték a megerősített szerkezetben Mo: számított törőnyomaték a megerősítés nélküli (eredeti) szerkezetben

V=

Mv ≤2 M0

CFK SZALAGOK ALKALMAZÁSI PÉLDÁI

CFK SZALAGOK BEÉPÍTÉSI MÓDOZATAI

CFK szalagok "behasított" beépítése

Födémszerkezetek megerősítése

FÖDÉMEK MEGERŐSÍTÉSE FASZERKEZETŰ TARTÓK CSAPOS GERENDAFÖDÉM A csapos gerendafödémek károsodása a falazatra felfekvő végek bütüinek és az 50..120 cm hosszra kiterjedő felső felület elkorhadásából áll. Általában a külső falnál (eresz) nagyobb a károsodás. Ritkábban a gerendák közepe táján is előfordul a felső felület korhadása, ami hosszabb időtartamú beázásra enged következtetni.

36. ábra Csapos gerendafödém megerősítése A, B keresztmetszetek; C hosszmetszet a felfekvésnél; D alternatív keresztmetszet; E, F igényesebb födém megerősítése (kereszt- és hosszmetszet) 1 csapos gerenda; 2 fal; 3 korhadt részek; 4 kiváltógerenda; 5 felkötőcsavar; 6 összekötő alátét acéllemez; 7 tirefond csavar; 8 kiváltó acélgerenda; 9 felkötő acéllemez kengyel; 10 rögzítő anyáscsavar

A, B, C, D ábrarészletek szerinti megoldást akkor alkalmazzák, ha csak néhány gerenda gyengült meg oly méretekben, hogy kiváltásuk szükségessé vált. A munka a födém alatti helyiség használóit kismértékben zavarja. A mennyezetvakolatot helyre kell állítani. Ha a gerendák nagy része meghibásodott, a födémet ajánlatos kicserélni. Az E és F ábrarészletek igényesebb födém (amelynek alsó felületén értékesebb fa burkolat, művészi festés vagy gipszdíszítés van) helyreállítását, egyes meghibásodott gerendák kiváltását mutatja. A kiváltás acélgerendával vagy fával készülhet. A tirefond csavart a vasútépítésnél a sínek leerősítésére használják. Négyszögletes fejű és kézi erővel a csapos gerendába a csavarmenetes rész mélyen behajtható anélkül, hogy a födém alsó részét érintené. Az éles és széles csavarmenetek nagy nyíró, ill. húzóerő felvételére alkalmasak. A falkötőkengyel széles szalagacél, amelynek közepén kiképzett lyukon a csavar behajtható. A kengyel felső szárát az acélgerenda felső övlemezére ráhajtják, és ott csavarral vagy belőtt szeggel rögzítik. BORÍTOTT GERENDAFÖDÉM A 37. ábra megerősítési módokat mutat, amelyeket a gerendák besűrítésével (fa, előregyártott vasbeton, ritkán acélgerenda) készítenek. A közbeiktatott gerendákra fektetett, általában fa kiváltógerendára csavarral függesztik fel a károsodott fagerendákat (l. az A és B részletet). Az oszlop- vagy dúcterhelésnek kitett és túlterhelt fagerendákat a C részlet szerint váltják ki.

37. ábra Borított gerenda födém kiváltásai A keresztmetszet; B az elrendezés alaprajza; C a padlástéri födém kiváltása a főszaruállásnál 1 alsó deszkázás és vakolat; 2 ép borított gerenda; 3 kiváltandó gerenda; 4 főszaruállás alatti oszloptartó gerenda; 5 előregyártott vasbeton gerenda; 6 kiváltógerenda; 7 felkötőcsavar; 8 székállás oszlopa; 9 fejkötőkengyel; 10 alátét acéllemez; 11 ácskapocs; 12 főfal A fagerendák átfúrása az alsó helyiségben munkavégzéssel jár, a mennyezetvakolatot helyre kell állítani. A borított fagerendás födémek között aligha van olyan, amely mennyezetének igényesebb kiképzése miatt megkövetelné a költségesebb megoldást. A lakók kímélése és a helyreállítási költség csökkentése érdekében a kiváltandó fagerendát magasságának közepe táján, vízszintes helyzetű, átmenő,

géppel

végezhető

lyukfúrással

és

ott

elhelyezett

felkötőkengyelekkel

lehet

a

kiváltógerendához függeszteni. TERMÉSKŐ- ÉS TÉGLASZERKEZETEK BOLTÍVEK A falazatot kiváltó terméskő vagy tégla boltívek általában nem hibásodnak meg, mert mint nyomott és nem nagy kihajlási hosszal számítható szerkezeteknek nagy erőtartaléka van. A ritkábban előforduló meghibásodásokat és helyreállításukat mégis célszerű megemlíteni, néhány esetet felsorolva. Az ívmagasság nélküli, ún. magyar boltív fesztávja 1..1,5 m-nél nagyobb volt. A felfekvés hajlásszöge a függőlegeshez közel esett, a téglák fekvése is hasonló. A habarcs gyenge és vastag volt. A zárókövet (téglát) nem szorították be. A kijavítás módja: több hézagba vaslemez ékeket kell beverni és a hézagokat cementhabarccsal be kell kenni. A boltívet a felfekvés közelében nagyobb koncentrált terhelés (nagyobb terhelésű gerenda felfekvése) éri, a boltozat feletti teherelosztó fal nem elég magas vagy nincs. A kijavítás módja: kisebb süllyedésnél, mint előbb, nagyobbnál a boltív lebontása és újrakészítése vagy a boltozat feletti falban a nyílás terjedelmében acél vagy vasbeton kiváltógerenda készítése.

A boltívet tartó egyik vagy mindkét falvég, kisebb hosszúságú pillér vagy/és a felette levő terhelés kicsi. A boltív vízszintes irányú erőhatásához mérten a függőleges terhelés kicsi. Az erők eredője az alátámasztó rövid falszakaszon nagyobb mértékű külpontos terhelést okoz, amely a boltívet elmozdítja. A helyreállítás módja: vonóvas beépítése és feszítőcsavarral való meghúzása, esetleg a rövid falszakasz megtoldása, támpillérrel való kiegészítése. BOLTOZOTT FÖDÉMEK A tömör és lyukas téglákkal boltozott födémek kisebb hibáit, megnyílt hézagait azok kikaparásával és cementhabarccsal való kiöntésével végzik. A boltozás munkaigényes, a dolgozók e munkavégzésben nem gyakorlottak, ezért célszerű a hiányosságokat, nagyobb lyukakat betonnal kitölteni. A betont a legtöbb esetben az ép boltozatba felfüggesztett zsaluzat tartja. A téglához hasonló térfogatsúly miatt a betonhoz téglatörmeléket adagolnak. A boltozat 1 m2-nél nagyobb pótlásánál a különböző anyagok zsugorodáskülönbsége már számottevő lehet. A helyreállítást célszerű téglaboltozással vagy hajlítást felvevő monolit vasbeton lemezzel készíteni. A hiánypótló boltozást a gyakorlat hiányában valószínűleg nem szabad kézből falazva, hanem majd zsaluzatra rakva készítik. A hajlítást felvevő lemezek a boltozat ép részére fekszenek fel. A zsugorodáskülönbség csak hajszálrepedéseket okoz, de süllyedés nem következik be.

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

9. Előadás

MEGERŐSÍTÉS ÉS ÁTALAKÍTÁS

A nyíróerők okozta károsodás jellegzetes példáját a 38. ábra mutatja. A kialakítás módja erőtani tervezés szerint sem felel meg, a tartó berepedése várható volt, kivéve, ha a mestergerendára felfekvő rész önmagában is elégséges lett volna a nyíró- (csúsztató-) erő felvételére. A megerősítést, az elrepedt részek összekapcsolását a nyíróerőt felvevő összekötő csavarokkal lehet elvégezni. 38. ábra Fagerendák megerősítése 1 kiváltó- (mester-) gerenda; 2 a megerősített (fiók-) gerenda; 3 berepedés; 4 átkötő anyáscsavarok

Keskeny gerendákból, élére állított pallókból készült, de a merevítő fiókgerendáktól, felső deszkaborításától megfosztott gerendák nyomott övét kihajlás ellen gyakran merevíteni kell. Az eset általában technológiai felszerelés, nagyobb csövek elhelyezése, aknák létesítése vagy a födémek csupán felső térelhatárolásra való átalakítása miatt fordul elő. A lehetőség szerint a merevítettséget húzást-nyomást felvevő új fiókgerendákkal vagy haránt irányú, függőleges helyzetű deszka andráskeresztekkel állítják helyre. A munkálat átalakításnak is tekinthető. A 39. ábra A részlete egy mint a több élőmunkát kiküszöbölő -megoldást mutat be, amely nyílások körülhatárolásakor, gerendák kiváltásakor is használható. 39. ábra. Fagerendák átalakítás jellegű megerősítése A az acéllemez fészek elhelyezése; B a fészek kiterített lemeze 1 kiváltó- (mester-) gerenda; 2 a megerősített (fiók-) gerenda; 3 a gerendát tartó fészek VASBETON SZERKEZETEK

Az erőtani méretezés, szerkesztés hibáiból a szerkezet meghibásodása, a törés a következő okok miatt következhet be (ill. átalakításnál a terhelés növekedése miatt előfordulásukat meg kell akadályozni): -

hajlításból eredő betontörés, ill. acélbetét megnyúlás, szakadás a nagy nyomaték miatt;

-

nyírási törés a nagy reakció- (felfekvési) erők miatt;

-

nagy csavarásból eredő nyírási törés;

-

az acélbetétek kellő lehorgonyzásának hiánya, a betétek megcsúszása;

-

a keskeny tartó kifordulása, stabilitásvesztése

Ezen kívül és önmagukban az anyag és a kivitelezési hibák is a szerkezet meghibásodását, törését okozzák.

40. ábra Vasbeton kéttámaszú gerenda jellegzetes repedései 1 fal; 2 gerenda; 3 esetleges fejlemez; 4 hajlítási repedés; 5 nyírási repedés; 6 kengyelezési hibára utaló repedés; 7 munkahézag, csavarás vagy zsugorodási repedés; 8 vasaláshiány miatti esetleges repedések; 9 betonmorzsolódás; 10 terhelés iránya; 11 felfekvés károsodása; 12 gerendaelnyíródás; 14, 15 helytelenül beépített előregyártott gerenda miatti repedések

41. ábra A vasbeton repedései A sima felületű vasbetétnél; B periodikus profilú vasbetétnél; C cementhabarccsal végzett hibás javítás; D helyes javítás 1 vasbeton; 2 húzott betonacél; 3 repedés; 4 cementhabarcs; 5 műanyag (epoxigyanta)

42. ábra Hajlított tartó megerősítése A, B feszítő acélrúddal (nézet és keresztmetszet); C, D fejlemezes gerenda szélesítése (keresztmetszet-részlet)

1 fal; 2 tartógerenda; 3 acéllemez alátét; 4 befúrt csavarok; 5 acélrúd felhegesztése; 6 acélrúd; 7 rögzítőrúd; 8 csap (tüske); 9 vasbeton fejlemez; 10 átvésett fejlemez; 11 érdesített gerendafelület; 12 mellébetonozás betonacél-szereléssel.

Az A és B részleten a tehermentesített, aládúcolt gerenda két oldalán 1-1 acélrudat építenek be, amelyek megfeszítve nemcsak a húzott acélbetétek mennyiségét növelik, hanem a felső övben némi húzást előidézve a nyomófeszültségeket csökkentik. Az acélrúd ferde vetületében nyírási igénybevétel felvételére is alkalmas. Az acélrúd ellenmenetes feszítőcsavarját az ábrák nem tüntetik fel. A 42. ábra C és D részletei fejlemezes gerenda szélesítését mutatják. A munkát az előbbiekhez mérten, hagyományosabb módon lehet végrehajtani. A gerenda tehermentesítése, oldalainak felérdesítése és a lemez kb. 25..40 cm hosszú szakaszos átvésése, a szélesítések beszerelése után a betonozás elkészíthető. Az oldalak felérdesítése helyett az együttdolgozás belőtt szegekkel is elérhető. Az át nem vésett szakaszok alatti kibetonozás felső hézagmentességét csak megfelelő konzisztenciájú anyaggal, a zsebes zsaluzathoz hasonló magasított betontölcsérrel és vibrálással lehet biztosítani. A kengyelek ezen a szakaszon csak a lemez aljáig érnek.

VASBETON LEMEZEK Az egyirányban teherviselő vasbeton lemezek jellegzetes repedései a gerendáéhoz hasonlóak. A lemezek megerősítésére a támaszköz csökkentesével közbenső alátámasztást, felfüggesztést vagy a lemez vastagítását alkalmazzák. Az acél- vagy előregyártott vasbeton gerendás alátámasztás esetén felül létrejövő rendszertelen repedések miatt célszerű a lemezt felülről, a vastagság feléig terjedő mértékben bevágni. Az eredeti mező közepén ugyanis felső vasalás nincs, és így az alátámasztás feletti nyomatékfelvétel nem alakulhat ki. A lemez feletti monolit gerenda kialakítását a 43. ábrán ismertetett módon lehet elvégezni. A lemez vastagítását a felső felület megtisztításával, kis vastagság esetén lövellt betonnal, nagyobb vastagságnál felbetonozással lehet elérni. A régi és az új beton közötti kapcsolatot a terhelés okozta súrlódás alakítja ki, amelyet a feltételezetten hiányos technológiai fegyelem miatt helyenként átmenő, vasalt betondugókkal vagy belőtt szegekkel lehet fokozni. A nyíróhatásnak megfelelően a jobb kapcsolat igénye a támaszok közelében van. A felbetonozás a támaszvonali nyomatékoknál a teherhordó tulajdonságot a betétezés változatlan helyzete miatt nem növeli. 43. ábra Felül bordás födém megerősítése A nézet; B metszet (nagyobb léptékben) 1 fal; 2 vasbeton borda; 3 lemez; 4 szakaszos átvésés; 5 felületérdesítés; 6 bordaszélesítés és magasítás; 7 esetleges alsó húzott betét

A kétmezőjű, kétirányban teherviselő lemez felső és alsó felületeinek repedéseit (44. ábra) lövellt betonnal, esetleg a felső réteg vastagításával, a mezők sarkainak felső pótvasalásával lehet helyreállítani.

44. ábra Egymezőjű, két irányban teherhordó lemez repedései

A elméleti törésvonalak; B repedések a felső; C az alsó felületen; D elégtelen felső vasalás miatt a felső felületen keletkezett repedés; E mint előbb, az alsó felületen (alaprajzok)

1, 2 terhelési modell; 3 repedések; 4 betonacél háló a felső sarkokban

45. ábra. Nyírási repedések helyreállítása A,

B

betonacél-idomacél

pótkengyelekkel

(nézet

és

metszet)

1 fal; 2 gerenda; 3 fejlemez; 4 nyírási repedés; 5 lyukvésés; 6 L acél; 7 összekötő lemez; 8 rúdacél; 9 felső átkötőlemez; 10 csavaranya; 11 hegesztés; 12 átkötőcsavar; 13 U acélgerenda

A 45. ábra nyírási repedések helyreállítását, ill. a nyíróerők felvételének kiegészítését mutatja. Az A, B részleten a rúdacélok a kengyelek függőleges szárait pótolják. Az alsó hegesztési hossz növelése érdekében egyenlőtlen szárú L acélokat alkalmaznak. A felső csavarok meghúzásával a rúdacélok függőleges irányban a gerendához szoríthatók. Korrózió ellen az acélszerelvényt lövellt betonnal célszerű burkolni. A C, D részlet a vasbeton gerendák haránt irányú gépi erővel végzett átfúrásával jár. Az anyagigényes munka nemcsak a nyíróerők teljes felvételét, hanem a felfekvés szélesítését, a falazat morzsolódásának megakadályozását is megoldja. A kapcsolat kiképzése erőátadásra alkalmas, de a régi és új szerkezet közötti együttműködés nem tételezhető fel. A méretezés során úgy kell számolni, hogy a régi beton a nyíróerők felvételében nem vesz részt. A csavarási nyomatékból származó repedéseket a gerenda külső sarkainál elhelyezett pót hosszbetétekkel, azok kellő átfogású kengyelezésével és lövellt betonburkolással lehet helyreállítani. A régebben megvalósított törtvonalú gerendáknál a homorú betéteket nem kengyelezték fel a nyomott betonövhöz (l. még a keretek helyreállítását). A helyreállítást vasalt és hozzákapcsolt mellébetonozással vagy a 45. ábra A részlete szerint lehet elvégezni.

VAS- (ACÉL-) GERENDÁK MEGERŐSÍTÉSE A bontásból maradt gerendákon háborús károk, meghibásodások, épületszerkezeti vagy technológiai szerelés miatt folytonossági hiányok, alakváltozások fordulhatnak elő. A gerendák gyártási idejét előzetesen ajánlatos megállapítani. A múlt évszázadban hengerelt gerendák anyaga általában kovácsoltvas, amelynek kis széntartalma van. A hegeszthetőség, alakíthatóság lehetőségéről előzetes próbákkal célszerű meggyőződni. A jelenleg elbontásra kerülő épület építési ideje a kibontott gerendák koráról, ill. anyagáról tájékoztat, bár az sem kizárt, hogy ahhoz még régebben gyártott gerendákat használtak fel. A raktárról beszerzett gerendákról szemrevételezéssel a kor, ill. anyagfajta nem állapítható meg. A gerendák jellegzetes helyreállítási módja a hiányosság helyétől függ. A gerinclemez folytonossági hiányát a 46. ábra szerint célszerű kijavítani. A sérülés körül egy nagyobb részt eltávolítanak úgy, hogy a sarkokat előzetesen kifúrják, a közbenső határoló vonal mentén pedig lángvágót használnak. Az éles sarkokat, berepedésre hajlamos helyek képzését kerülni kell. A gerinc vastagságában esetleg elhelyezett betétlemezt csak ponthegesztésekkel rögzítik, mert a folyamatos hegesztés belső feszültséget okozhat. Az erőátadás a felhegesztett foltokon keresztül megy végbe.

46. ábra. Acélgerenda gerinclemezének javítása A a lyuk kiszélesítése; B és C a folt felhegesztése mindkét oldalon (nézetek); D metszet 1 I acélgerenda; 2 sérülés (lyuk); 3 előfúrt lyukak; 4 lángvágással eltávolított rész; 5 esetleges betét; 6 foltok felhegesztése

ACÉLSZERKEZETŰ FÖDÉMEK Ezen mű terjedelméből adódóan a tiszta acélszerkezetek átalakítását sokfélesége és speciális tervezési munkái miatt nem tárgyaljuk. Az acélgerendás födémekre szorítkozunk tárgyalásunk során, mint nagyon gyakori szerkezetre. Az 1930. előtt még forgalomban levő régi acélgerendák adatait a fejezet végén található táblázatok tartalmazzák. A 47. ábra a födémtípusokat, a 48. ábra a megerősítési lehetőségeket mutatja. a.

Acélgerendás csapos gerenda betétes

b.)

tégla boltozatos

c.)

Mátrai-féle salakbeton födém

téglaboltozat orrtéglával

vb. lemezes (Monier)

47. ábra A megerősítést bemutató 47. ábrasor mutatja a szokásos megoldásokat. A 48/e a leggazdaságtalanabb a két I tartó egyik öve a semleges tengelyben van, a végleges magasság nagy. A megerősítés legalább részleges tehermentesítést igényel, mert különben az eredeti kihasznált szerkezetben folyási igénybevétel lép fel, amit üzemi állapotban nem tűrhetünk. A kiegészítést helyszíni varrattal kell beépíteni. Régi, szennyezett rozsdamaradványos felületen csak III. oszt. varrattal érdemes számolnunk. A 48/f ábra szerinti vasbeton fej hibája, hogy nagy önsúlyt jelent, s a nyíróerőt átadó bajusz vasakat itt is fel kell hegeszteni.

Ha a tartó nyomott öve megtámasztott, akkor az a, b típusú erősítés, nem kellően megtámasztott nyomot övnél, pl. egyszerű boltozott mezőknél a, d típusú megerősítés ajánlható. Jó eredményt csak teljes tehermentesítéssel lehet elérni. Általában a tartómagasság-növelésnek korlátot szab a födémvastagság,

amelynek

megváltoztatása

sok

problémát

okoz,

hogy

csak

egyet,

a

lépcsőcsatlakozást említsük. A nyomott öv erőteljes megerősítése azért költséges, mert csak ezzel tudjuk a semleges tengelyt emelni, s ezzel a változatlan húzott öv hatékonyságát növelni.

48. ábra Példánkban legyen a fesztávolság 5,0 m, az eredeti födém 2,0 m-ként I acélgerenda, közötte 8 cm vastag vasbeton lemez, felette törmelékfeltöltés, fapadlóval. Aljzatbetonon mettlachi burkolat fog készülni, sűrű válaszfalakkal, WC, mosdó-csoport részére. A válaszfal-teher 3,0 kN/m2, a nagy emeletmagasság és a válaszfalak sűrűsége miatt.

A födém eredeti terhelése: Régi méretezésnél [kg/m2]

Új méretezésnél kg/m2]

fapadló 25 cm felt. ( =1400 kg/m3)

35,00

1,1 x 0,35 =

350,00

1,1 x 3,5 =

10 cm vb ( =2400 kg/m3)

240,00

1,1 x 2,4 =

acélgerenda

50,00

1,1 x 44,6 x 0,785 =

mennyezetvakolat

35,00

1,1 x 0,35 =

710,00 esetleges teher

250,00

1,4 x 1,5 =

960,00 M=

2

960 ⋅ 5,0 = 3000 ⋅ kgm , 8

1909-ben

meg =

0,3 9 3,8 5 2,6 4 0,3 9 0,3 9 7,6 6 2,1 0 9,7 6

1000 kg/cm2

Figyelembe kell venni azt is, hogy ezeknek a régi I és U gerendák acélanyagának folyási határa 220 N/mm2 volt. Tehát a jelenlegi érvényes igénybevételt 220/240 redukciós tényezővel kell számítani. K szüks =

3000000 = 300 ⋅ cm 3 1000

I x = 3434 ⋅ cm 4

σ H = 200,0 ⋅

I22

F = 44,55 ⋅ cm 2

(312,2 cm3)

b talp = 102 ⋅ mm

220,0 ⋅ 0,9(avulás ) = 165 ⋅ N/mm 2 240,0

Az új terhelés: 10 cm aljzat és burkolat 0,10 x 22 = 20 cm perlit bitumenes 0,20 x 10 = 10 cm vb 0,10 x 24 = acélgerenda erősítéssel mennyezetvakolat válaszfalak esetleges teher

1,4 x 1,5 =

2,20 kN/m2 2,00 kN/m2 2,40 kN/m2 0,40 kN/m2 0,35 kN/m2 3,00 kN/m2 10,35 kN/m2 x 1,1 =

11,39 kN/m2 2,10 kN/m2 13,49 kN/m2

M=

13,49 ⋅ 5,25 2 = 46,48 ⋅ kNm 8

Wszüks =

46,48 ⋅ 10 2 = 281680mm 3 = 281,7 ⋅ cm 3 165

megfelel az I22, mert az új szabványok nagyobb igénybevételt engednek meg. Másik változat szerint zuhanyzócsoport készül üzemi vízszigeteléssel, törmelék feltöltés marad, válaszfalteher a 4,0 m belmagasság miatt 4,0 kN/m2.

burkolat és aljzatbeton üzemi vízszigetelés 8 cm aljzatbeton átl. 15 cm törmelékfelt. átl. 10 cm vasbeton mennyezetvakolat válaszfalteher esetleges teher

0,08 x 22 = 1,76 kN/m2 0,24 kN/m2 1,76 kN/m2 0,15 x 16 = 2,40 kN/m2 0,10 x 24 = 2,40 kN/m2 0,30 kN/m2 4,00 kN/m2 14,15 12,86 kN/m2 x 1,1 = kN/m2 1,4 x 1,5 = 2,10 kN/m2 16,25 kN/m2

16,25 ⋅ 5,25 2 55,99 ⋅ 10 6 M= = 339,3 ⋅ 10 3 ⋅ mm 3 = 55,99 ⋅ kNm , w = 8 165 Meg kell erősíteni. A megerősítés felülre U80/45 fektetve felhegesztve, részleges tehermentesítés a megerősítés alatt. Így

ΣF = 4455 + 1100 = 5555 ⋅ mm 2 , e U80 = 1,45 ⋅ cm ,

h = 220 + 45 = 265 ⋅ mm .

A súlypont helyzete:

[1100 ⋅ (220 + 45 − 14,5) + (4455 ⋅ 110 )] = 765600 ⋅ mm3 y=

765600 = 137,8 ⋅ mm 5555

∆s I = 137,8 − 110 = 27,8 ⋅ mm

∆s U = 265 − 14 ,5 − 137,8 = 112,7 ⋅ mm I = I220 Súlyponteltolódás miatt Iy U80 Súlyponteltolódás miatt S w húzott =

= 3434,0 x 104 4455 x 27,8 = 344,3 x 104 = 19,4 x 104 2 1100 x 112,7 = 1397,1 x 104 5194,8 x 104 mm4 2

5194 ,8 ⋅ 10 4 = 37,70 ⋅ 10 4 mm 3 137,8

w nyomott =

5194 ,8 ⋅ 10 4 = 40,84 ⋅ 10 4 mm 3 127,2

(265 - 137,8 = 127,2)

Ezekből az adatokból már kiszámíthatók a szélső szálakban ébredő igénybevételek. A helyszíni összeépítés miatt alkalmazhatunk további 0,9 csökkentő szorzót, s így

σ H = 165 ⋅ 0,9 = 148,5 ⋅ N / mm 2 55,99 ⋅ 10 6 = 148,5 ⋅ N / mm 2 4 37,70 ⋅ 10 55,99 ⋅ 10 6 = = 137,1 ⋅ N / mm 2 4 40,84 ⋅ 10

σ húzott = σ nyomott

Mivel nincs teljes tehermentesítés, egy közbenső állapot befolyásolja az igénybevételek eloszlását. Közbenső terhelés: átl. 15 cm törmelékfeltöltés átl. 10 cm vasbeton vakolat üzemi, technológiai teher

2,40 kN/m2 2,40 kN/m2 0,30 kN/m2 1,00 kN/m2 6,10 kN/m3

A nyomatékok:

M végl = 55,99 ⋅ kNm ,

Mközb

6,10 ⋅ 5,25 2 = = 21,02 ⋅ kNm 8

∆M = M végl − Mközb = 55,99 − 21,02 = 34,97 ⋅ kNm

A közbenső nyomatékra csak az eredeti I220 tartó működik, s így

σ közb

21,02 ⋅ 10 6 = 67,33 ⋅ N / mm 2 , = 3 312,2 ⋅ 10

végleges állapotban ehhez hozzá kell adni a

σ húzott

M-ből keletkező igénybevételeket, azaz

34 ,87 ⋅ 10 6 = 92,76 ⋅ N / mm 2 = 4 37,70 ⋅ 10

Σσ húzott ,végl = σ húzott + σ közb = 160,09 ⋅ N / mm 2

Σσ nyomott ,végl =

34 ,97 ⋅ 10 6 = 85,63 ⋅ N / mm 2 , 4 40,84 ⋅ 10

az U80-nál.

Az I220 tartó felső élén az igénybevétel, mivel a súlyponttól 220 - 137,8 = 82,2 cm-re van,

∆σ =

92,76 ⋅ 82,2 = 55,33 ⋅ N / mm 2 . 137,8

A végleges igénybevételi ábra pedig a 49. ábra szerint:

49. ábra A számpélda szerinti acéltartó megerősítése és az igénybevételek A vasbeton rábetonozással végezve az erősítést, tehát az általában nem ajánlott módon – akkor a beton keresztmetszeti mennyiséget az Eb/Ea=1/n tényezővel kell számítani. Ez bonyolult, s az Eb érték nagy bizonytalansága miatt pontatlan. Mivel itt igénybevétel-osztozkodásról van szó, a két szélső értékkel is ellenőrizni kell, tehát 1/nmin és 1/nmax értékével. Bár általában technológiai okok miatt a vasbeton-erősítés, és így keresztmetszete sokkal nagyobb a szükségesnél, így többnyire elégséges az 1/nmin-nel számolni. Leghatásosabb megerősítési mód az időleges teljes tehermentesítés. Ekkor, ha az eredeti szerkezet nem sérült, csak gyenge a későbbi terhek viselésére, akkor a teherviselés addatív alapon felosztható, annak feltételezésével, hogy a két szerkezet lehajlása azonos kell legyen.

Y1 = Y2,

q1 =

és így

E 1 ⋅ I1 E 1 ⋅ I1 + E 2 ⋅ I 2

qi =

q2 =

E 2 ⋅ I2 E 1 ⋅ I1 + E 2 ⋅ I 2

q = q1 + q2 … qi … qn

illetőleg általánosítva

és

és

q = q1 + q2

Ei ⋅ Ii E1 ⋅ I1 + ... + E n ⋅ I n

Az alakváltozás vizsgálat fontosságának aláhúzására a födémszerkezetek esetében még egy példát bemutatunk. Divatos megoldás a meglevő szerkezetre vasalt aljzatot készíteni, s ezzel a födém többletterhelése miatt szükséges megerősítést elintézni vélik [50. ábra].

50. ábra A vasalt aljzatbeton nem tehermentesít

A födémeknél a lehajlási határérték L/250, 200, 150 a szerkezettel szemben támasztott merevségi, és esztétikai követelményektől függően. Legyen a legenyhébb lehajlási feltétel L/150 és a födém eredeti terhelésével L/250 feltételt teljesítette, s átmeneti tehermentesítéssel az L/300-ra csökkent, végleges állapotban így az L/150 lép fel. A födém 5,0 m falközű, 8 cm vastag aljzat készül C12 betonból φ8/15 cm vasalattal.

A szerkezeti magasság a betonfedés és a fél acélbetét-átmérő levonásával h = 80 – 10 – 4 – 5 [mérethiba] = 61 mm. A φ8 acélbetét B60.40 minőségű, így σaH = 350 N/mm2, Ha =

X=

σüz = 0,8 x 350 = 280 N/mm2, ezekből

50 ⋅ 280 ⋅ 1000 = 93,33 ⋅ kN / m 150

93,33 ⋅ 10 3 = 10,4 ⋅ mm , 1000 ⋅ 9

z = 61 −

10,4 = 55,8 ⋅ mm 2

MHüz = 93,33 ⋅ 55,8 = 5208 ⋅ kNmm M=

q ⋅ L2 , 8

q=

8M 8 ⋅ 5208 ⋅ 10 3 = = 1,67 ⋅ N / mm , L2 5 2 ⋅ 10 6

azaz a szerkezet megfelelt 1,67 kN/fm teherre. Már ez is kevesebb, mint az aljzatbeton egymagában, ami 0,08 x 24 = 1,92 kN/m. A teherbíráshoz azonban lehajlás is tartozik, ami jelen esetben

Y=

5 q ⋅ L4 ⋅ 384 EI

L = 5,0 ⋅ m = 5 ⋅ 10 3 ⋅ mm ,

q = 1,67 ⋅ N / mm ,

10 3 ⋅ 613 = 18,92 ⋅ 10 6 ⋅ mm 4 Ib = Ih feltételezésével 12 Így a lehajlás a számított teher alatt:

Y=

5 ⋅ 1,67 ⋅ 5 4 ⋅ 1012 = 0,718 ⋅ 10 2 = 71,8 ⋅ mm , 384 ⋅ 10 ⋅ 10 3 ⋅ 18,92 ⋅ 10 6

a szerkezet megengedett további lehajlása azonban csak L 5000 = = 16,7 ⋅ mm , 300 300

E átl = 10 ⋅ kN / mm 2

így mivel a vasalt aljzat saját tömegéből eleve csak 1,67 kN/m-t hordhatna, s ebből is a lehajlás korlátozás miatt csupán 16,7 = 0,231 , azaz 23,1%-át hordja, a többi az eredeti szerkezetet terheli, azaz 71,8 192 kg/m2 – 167 x 0,231 = 153,4 kg/m2 tömeggel azt tovább terheli. Az eredeti szerkezet nem megerősíti, hanem túlterheli! Pedig a hatóságilag

engedélyezett tetőtérbeépítések jelentős, talán túlnyomó többségénél elkövetik ezt a hibát.

BETONFALAZATOK MEGENGEDETT FESZÜLTSÉGEI AZ ORSZÁGOS MAGASÉPÍTÉSI MÉRETEZÉSI SZABÁLYZAT SZERINT (1949) KG/CM2-BEN 13.táblázat Törőszilárdság K28 σmeg szerint

Cementtartalom Módosító tényezők σmeg p.c. kg/m3 m/v φ szerint

50

10

120

7

4

90

15

150

10

6

140

21

200

15

8

220

30

250

21

10 12

1,0

talpnyomás 0,8 +50% és Ftalp≤0,4Fteljes 0,7 külpontos 0,6 terhelés σmax≤1,5σmeg 0,5

Vasbeton szerkezetek Igénybevétel és betonszilárdság illetve acélfajta 1 Hajlított tartóban és oszlopban σbeton B125 B140 B180 B220++ B300+++ 2 Támaszponti keresztmetszetben "1" helyett B125 B180 B200< 3 Pillérben, ha a hajlítást elhanyagoljuk σb meg. B125 B140 B180 B220 B300 4 Nyírásra és felületi kötésre betonban B125 B140 B180 B220 B300 5 Betonban húzásra, ha azt acélbetét veszi fel B125 B180 B220 B300 6 Oszlopban, ha a hajlítást pontosan számítják B125 7* Acélbetétben σa meg. hegesztett vasban húzásra nyírásra folyasztott vasban

húzásra nyírásra csavart acélban T gerendában lemezben

1909

1921

1931 MSZ-ként 1936

1939

1941

1949 (1950)

45 -

45 -

45 60

45 60

45 60 80++ -

60+ 80++ 100+++

-

-

50 65 80

-

36 -

36 -

36 60 60

45 60 0,3σt < 55 70 70

5 (6) -

5 (6) -

5 (6) 6 -

5 6 -

5 6 -

6 7 8

-

-

12 15 -

12 15 -

12 15 -

12 14 16

50

50

1100 850

1100 850

-

-

-

1200

1200

1200

-

1400

-

-

-

-

1500

950

950

1200

-

1500

-

-

-

2000 1800 -

2000 1800 -

0,4σt ≤ 75

50 50 65 65 0,45σt ≤ 80 45 60

45 60 100

mint hajlított tartóban

1400 (d>14) 1500 (d<14) 1500 (d<14) 1800 2000

*

A megengedett igénybevételek vasbeton szerkezeteknél 1953-ig (az MSZ 15022/151A előírásai MSZ 15022/1-53 jelzéssel csak 1953-tól vált általánosan kötelezővé a határfeszültséggel és mértékadó igénybevétellel számolva).

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

10. Előadás

KÜLÖNFÉLE ANYAGÚ BETONFÖDÉMEK A gyakrabban helyreállításra kerülő nem szokványos anyagú födémek közül a következők említhetők meg: acélgerendák közötti salakbeton (Mátrai), bauxitbeton, tömör tégla vagy válaszfalbetétes, sűrű bordás, idomtestes födémek. A felsorolás részben anyagot, részben szerkezeti meghatározást jelent. Egyes szerkezeteknek két, esetleg három megnevezése is ismert. A helyreállítás gyakran részleges vagy teljes födémcseréből áll. A kisebb nyílások létesítésén kívül a födémeket ritkán alakítják át. A Mátrai-födémnél az acélgerendák között átlós irányban vezetett acél huzalbetétek miatt feltételezték, hogy a födémmezők terhelésének nagy része nem az acélgerendák mezőrészét, hanem a végeit terheli. A huzalok álláshelyzete miatt az acélgerendák nyomásnak vannak kitéve, amelyet kihajlás ellen salakbeton merevít. Haránt irányban az erőtani modell alapján a lemezt megfelelőnek találják. A födém helyreállítását a salakbeton és a huzalok nagyobb, az acélgerendák kisebb mértékű korróziója, valamint a feltételezettől eltérő erőtani modell teszi szükségessé. A Mátrai-födém megerősítése az önsúly növekedésével jár. A módosult erőtani modell alapján is megfelelő acélgerendák esetén a megerősítés a gerendák és falfészkek betontömbjébe horgonyzott, a födém alatti feszítőhuzalokkal és azok harántfeszítésével készülhet. A huzalokra rabicháló és cementhabarcs vakolat vagy célszerűen lövellt beton kerül, amely a salakbeton födémmezők terhét viseli. A legtöbb esetben a Mátrai-födémek acélgerendáinak megerősítése, teljes gyámfödém készítése szükséges. A lényeges többletsúly miatt az alátámasztó szerkezetek (mester- és kiváltógerendák, falak, pillérek, alapok) felülvizsgálata szükséges. Ha azokat is meg kell erősíteni, akkor a teljes födémcsere célszerűbb megoldásnak tartható. Alternatív megoldás: az acélgerenda alá szorítócsavarral összekötött 2-2 rövid U acélgerendával mint felfüggesztő- szerelvénnyel egy másik acélgerendát szerelnek fel, amelynek alsó övére L acélkarom segítségével - az előbbi megoldáshoz hasonlóan előregyártott vasbeton fióktartók támaszkodnak.

51.

ábra

Mátrai-födém

megerősítése

(hossz-, ill. keresztmetszet a felfekvés közelében) 1 fal; 2 acélgerenda; 3 salakbeton födém; 4 erősítő acélgerenda; 5 U acélgerenda pár; 6 összekötő szorítócsavar; 7 előregyártott vasbeton fiókgerenda; 8 támaszkodó acélsaru L acélból; 9 bekötőkarom; 10 keményfa ék

A tömör és soklyukú válaszfal téglabetétes födémek (Székely-, módosított Sajó-, Horcsik-féle stb.) meghibásodását kevés esetben lehet megállapítani. Általában mint acélgerendák közötti vagy sűrű bordás födémek készültek. A téglákat a nyomásra kevésbé igénybe vett helyeken alkalmazták. A hibaforrás a keskeny hézagokban elhelyezett acélbetétek körülbetonozási hiányaiban, a korrózió megindulásában van. Szükség esetén cementhabarcs-kikenéssel, injektálással javíthatók. Az átalakítási munkák a VI C) 1. pont ajánlásai szerint végezhetők. Az idomtestes födémeknél a gyárak által számos alakzatban előállított égetett téglák és betontestek a nyomóerő felvételében részt vesznek. A sűrű bordás födémekhez hasonlóan a hibaforrás a keskeny hézagokban elhelyezett betonacél betétek hiányos körülbetonozásában állapítható meg. Egyes rendszereknél a támaszoknál a hajlítási nyomaték nyomott övének, esetleg a nyíróerőnek megfelelő betonszélesítés miatt a téglák szélső bordáit kitörték. Az így kialakult üregeket a beton hiányosan töltötte ki, bár a túlméretezett üreg miatt az erők felvételére még elégséges beton készült. Az esetleg megállapított hibák, az idomtestek hiányosságai betonnal kijavíthatók.

52. ábra Vasbetonbordás betéttestes födémek a) Sűrűbordás, nem teherhordó tégla vagy beton béléstestes födémek b) Téglabetétes födémek. Téglabetét is nyomott öv.

ELŐREGYÁRTOTT GERENDÁS FÖDÉMEK A kisipar által vagy csak névleges szakfelügyelettel házilag végzett építkezéseken gyakran állapíthatók meg kisebb-nagyobb hibák. Egyesek nemcsak repedésekkel járnak, hanem súlyosabb balesetek okozói is lehetnek. Néhány tényleges előfordult esetet ismertetünk. A tervdokumentáció szerint 6,0 m fesztávon, 35 cm összfödémvastagságon belül 24 cm magas EB béléstestekkel kellett volna a födémet építeni (53. ábra, B részlet). Az előirt párkánymagasság és az építtetők igénye, hogy az alagsorban gépkocsihelységeket létesítsenek a műszakilag kevésbé képzett érdekelteket arra késztette, hogy EB 19-es béléstestekkel 19 cm vastag födémszerkezetet készítsenek. Így födémszintenként 5 cm magasságot véltek megtakarítani. A födémszerkezet az A részlet szerint, erőtanilag nem megfelelően készült. A kivitelező nem vállalkozott az EB 19-es bélés testek kicserélésére. A gerenda és a béléstestek közötti hézagokat még nem öntötték ki. 53. ábra Előregyártott gerendás födém megerősítése A a hibásan készült, B a tervezett, C a megerősített födém 1 E jelű vasbeton gerenda; 2 EB 19/60 jelű béléstest; 3 kitöltetlen hézag; 4 EB 24/60 jelű béléstest; 5 kibetonozás; 6 felbeton; 7 kengyel; 8 hosszvasalás

A helyreállítás módja: a béléstestek felett, a hézagok beton kitöltésével egyidejűleg 5 cm-es felbetonnal 24 cm magasságig a födémszerkezetet ki kell egészíteni. Az együttdolgozás biztosítására a hézagokba fordított U alakú betonacél kengyeleket kell helyezni. A C részlet a megerősített födémet mutatja. A tömör felbeton miatt az önsúly nagyobb, a helyiségek belmagassága 5 cm-rel kisebb lett.

Egy régi vastag falú épületbe nagy terhelésű raktár födémjét akarták beépíteni. A födémet sűrű kiosztású, előregyártott gerendákból tervezték. A szélső fal ablaknyílása felett AD áthidaló gerendák voltak (54. ábra). A födémgerendák alá csak az 5 belső szélső áthidaló került.

Az

áthidalás

feletti

vasbeton

koszorúgerenda

minimális

vasalású

volt;

csavarónyomaték felvételére, a födémterhelésnek az 5 és 6 áthidalók közötti részleges szétosztására nem felelt meg. A helyreállítást még a födémgerendák megterhelése előtt kellett végrehajtani. A födém aládúcolása után az 5 vasbeton kiváltógerendát kicserélték egy megerősített övlemezű acélgerendával. 54.

ábra.

Nagyterhelésű

nyíláskiváltásának

födém

helytelen

megoldása(metszet) 1 ablaknyílás; 2 fal; 3 vasbeton koszorú; 4 födémgerenda; 5 belső szélső AD jelű kiváltó; 6 nyílásáthidalók

A házgyári (panelos) technológiával épített lakóépületek használati értéket növelő tartószerkezeti átalakításai

A házgyári (panelos) technológiával épített lakások száma

160000 140000 120000

Vidéken

100000

Budapeste n

80000 60000 40000 20000 0

1961-65

1966-70

1971-75

1976-80

1981-85

1986-

A PANELOS LAKÁSOK HASZNÁLATI ÉRTÉKNÖVELŐ ESZKÖZTÁRA A panelos építéstechnológiával épített lakóegyüttesek szükségessé váló fe1újítása indokolja, hogy az állagmegóváson, az eredeti állapot helyreállítására irányuló karbantartáson, felújításon túlmenően vizsgálat tárgyát képezze a lakások használati értékét növelő felújítások lehetősége is. Ezen kívül olyan igények is felmerülhetnek, hogy a „lakás” funkció helyett más célra (iroda, szálloda, stb.) használjanak egyes lakásokat. Azt, hogy az értéknövelő felújítások lehetséges eszközei közül melyik kerül végül is kiválasztásra, azt sok tényező befolyásolja. Íme néhány: -

az épület kialakítása, elhelyezkedése, állapota, környezetével való kapcsolata,

-

a felmerülő felújítási, átalakítási igények az üzemeltetők, tulajdonosok, vagy potenciális befektetők részéről,

-

az igények funkcionális, tartószerkezeti, gépészeti, ill. elektromos vonzata,

-

a megvalósítás jogi, pénzügyi, szervezési vonatkozásai

A műszaki megoldásokat leginkább meghatározó építészeti értelemben funkcionális beavatkozások lehetséges eszközei az alábbiak lehetnek:

a. Lakásösszekapcsolás a bejárati ajtó áthelyezésével Két lakás összekapcsolásának legegyszerűbb, legkevesebb beavatkozást igénylő módja, amennyiben az új, nagyobb lakás helyiségei között az átjárást biztosító nyílás létesítése nem szükséges, akkor az átalakításnak tartószerkezeti vonzata nincs.

b. Lakásösszekapcsolás nyílásáttöréssel A panelos lakásállomány nagy része kis alapterületű lakásokból áll. Az összekapcsolással ezekből igény szerinti, változatos alaprajzú lakások hozhatók létre. A lakásalapterület növekedése általában lakásszámcsökkenéssel jár, bár változatlan lakásszám mellett is

megváltoztatható a lakások alaprajzi összetétele. Az eredetileg különböző lakások tereinek összekapcsolásához a függőleges teherhordó szerkezeten nyílást kell vágni. Ezen összekapcsolást általában 100/210 cm ill. 140/210 cm egy- ill. kétszárnyú ajtóval érik el, de szükség esetén nagyobb nyílás is alkalmazható.

c. Vertikális lakásösszekapcsolás Nagyobb alapterületű lakások kialakításának egyik módja, két egymás felett elhelyezkedő lakás összekapcsolása. Kis lakások esetében ez a módszer célszerűtlen, mert a födémen nyílást kell vágni a lépcső számára és ezt nehéz funkcionális és/vagy tartószerkezeti szempontból jól elhelyezni, továbbá a fajlagos lakásterület sem nő meg jelentősen (a lépcső számára szükséges alapterület mindkét lakásból viszonylag sokat elvesz).

d. Meglévő lakásfunkciók átrendezése lakáskontúron belül A régebbi panelos épületeknél a konyha és fürdőszoba lakáson belül elfoglalt szerepénél a manapság kívánatostól eltérő szempontokat helyeztek előtérbe. Az említett helyiségek szűkös méretűek, a konyha étkezésre nem biztosít elegendő helyet. Nagyobb átépítést feltételezve, lakáson belül kialakítható nagyobb fürdőszoba, vagy étkezőt is tartalmazó konyha. Ez a bővítés valamely helyiség rovására történhet, a vizesblokkok áthelyezésénél az egymás feletti lakások mindegyikében el kell végezni az átalakítást.

e. A lakásfunkció megváltoztatása Több helyen igényként merült fel a funkcióváltás következtében - a lakás belső elrendezésének nem megfelelő volta miatt - az utólagos nyílások bontása a függőleges teherhordó szerkezetben. Ezen nyílásbontási igények tág határok között változnak, de döntő részük a 100/210 – 140/210 névleges méretű tartományban marad.

f. Utólagosan épített magastető tetőtérbeépítéssel Célszerű megoldás a lapostető vízszigetelési gondjainak megszüntetésére, ugyanakkor pedig a tetőtérben kialakított lakásokkal nőhet a lakások száma is. Érdemes megjegyezni, hogy más-más megoldásokat igényel kéthéjú ill. egyhéjú zárófödém esetén.

g. Lakásbővítés hozzáépítéssel A panelos épülethez teraszbővítmény kapcsolható, amely általában a konyhát egészíti ki, mint étkező, vagy a szoba méretét növeli meg. Elsősorban kevés szintszámú (4-6 emeletes) épületek esetén ajánlható módszer.

h. Részleges lakásmegszüntetés, kereskedelmi, szolgáltatási egységek utólagos kialakítása Közismert, hogy a kereskedelmi és szolgáltatási vállalkozások előszeretettel veszik igénybe a földszinten lévő lakásokat tevékenységük lebonyolításához. A végzendő tevékenység jellegének megfelelően kell a lakást átrendezni, átalakítani, és ez többnyire nyílásbontási igénnyel jár együtt.

i. Panelos lakóépület monolit fogadószintjének (földszint) beépítése Ezeknél a típusoknál a földszinten nincs lakás, az épület e szintjének kialakítása pillérvázas, ez alól csupán a középen elhelyezkedő közös használatú helyiségek és a közlekedő rész a kivétel. Az épület közös használatú részei megközelíthetőségének biztosításával, a többi rész beépíthető kereskedelmi, szolgáltatási, stb. helyiségekké.

j. A kombinált átalakítási módok Az előzőekben említett, felsorolt megoldásokat lehet kombinálni is, ahol erre van igény és ezt az épület is lehetővé teszi.

A következőkben az előzőekben említett használati értéket növelő beavatkozásokra mutatunk be néhány gyakorlat példát:

VERTIKÁLIS LAKÁSÖSSZEKAPCSOLÁS (általános helyen az épületben) PÉLDA: BM III. K3

PÉLDA: MOT. I. 53-131/67 JELENLEGI ÁLLAPOT

PÉLDA: GYM. MOT. I 58-59/64 LAKÁSBŐVÍTÉSI VARIÁCIÓK /MEGVÁLTOZOTT LAKÁSSZÁM/

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

11. Előadás

A TARTÓSZERKEZETI ÁTALAKÍTÁSOK ESZKÖZTÁRA A tartószerkezeti átalakítások jogi előzményei A meglévő tartószerkezet megbontása, átalakítása mindig a kialakult igénybevétel-eloszlást módosíthatja, ezért: mindenképpen épületmozgással jár, ennek megfelelően társasházak esetében a közös tulajdont érinti. A jelenleg érvényes 1977, évi törvényerejű rendelet értelmében a társasházi közösség hozzájárulása szükséges az átalakításhoz. A tartószerkezet átalakításához kötelező az építési engedély beszerzése, melynek kötelező tartalma előírja, hogy az átalakítást csak SZT-1 besorolású szerkezettervező mérnök által készített, erőtani számítással igazolt szakvéleménnyel kell bizonyítani az átalakítás biztonságos, megfelelő voltát.

Irányelvek a panelos épületeken végzendő tartószerkezeti átalakításokhoz: Tiltott beavatkozások: -

Tilos a teherhordó fal gyengítése a földrengésveszélyes (6-nál nagyobb) szeizmikus övezetben.

-

-Tilos padlófűtést létesíteni, mert az a födémet túlterheli, ugyanis a 165 mm vastag födém csak nála merevebb szerkezettel mentesíthető, de a 60-80 mm vastag vasalt lemez nyolcszor-tízszer lágyabb lévén, még magát sem képes kiváltani.

-

Tilos a középmagas és magas épület merevítő hosszfalában nyílás létesítése az épület végétől egy axisnyi távolságban. Monolit pince vagy szerelőszint esetén a felső 5 szinten ez a tilalom megszűnik.

-

Nem szabad az alatta, vagy felette lévő - korábban készült - nyílás mellett új nyílást létesíteni. Nem szabad 1,00 m-nél szélesebb nyílást készíteni ellenőrző erőtani számítás nélkül.

-

Nem szabad nyílást készíteni a magas épületek alsó 5 szintjén, és csak részletes ellenőrző erőtani számítással szabad a középmagas épületek 4. szintjétől.

-

Nem szabad loggia melletti mezőben az ablakparapetet eltávolítani, mert az az épület merevítő eleme.

-

Merev monolit pince, vagy szerelőszint nélküli középmagas épületben részletes ellenőrző erőtani számítás és talajmechanikai szakvélemény nélkül nem szabad szerkezetet gyengítő átalakítást végezni.

-

Tilos a kedvező eredményű részletes ellenőrző erőtani számítás és a csomópontok nélkül az 1966-74 között épült következő típusú panelépületek átalakítása: Budapest I., és II. Házgyár, Győri Házgyár, Miskolci Házgyár.

Ajánlások a legfelső szintre: - Az ablakparapetek általában elbonthatók, de a középfőfal mellett min. 70 cm szélességű pillért kell hagyni. Hosszfalban legfeljebb minden második mezőben szabad új nyílást létesíteni.

Ajánlások a földszintre: - Monolit vasbeton "doboz" jellegű pince híján nem szabad nyílással gyengíteni a szerkezetet, mert a földszint és felette min. két szint még részt vesz az alapozás erőjátékában.

Ajánlások lábakra állított épületeknél: - Nem szabad elbontani a földszinti (vasbeton) falakat, mert a felette lévő szerelőszint nem pótolja a földszinti falak merevítő hatását. Ajánlások a födémáttörésekhez: Szem előtt tartandó, hogy a födémlemezek nem befogottak, csak három ill. két oldalukon fekszenek fel a falakra, de csupán vb. fogakon nem folyamatosan. Csak kis fogazású födém kifűrészelése megengedett! A födémet, mint merevítő tárcsát ellenőrizni kell.

Ajánlások a magastetős ráépítéshez: Új tartószerkezettel kell az attikapanel megnövekedett terheit kiváltani, a tetőtér beépítés terheit a teherhordó falakra kell kiváltani, a tető élein kétszeres szélszívásra kell méretezni a lekötést.

Ajánlások kiegészítő szerkezetek, előtetők, lépcsők kialakításához: Az épülethez csatlakozó függesztő, vagy támaszkodó acélszerkezet a hőmozgásoknak megfelelően kerüljön kialakításra. A belső terek lépcsőit könnyűszerkezettel (fa, vagy acél) kell kialakítani. Általános esetben az átalakításokhoz használatos tartószerkezeti eszköztárnak az alábbi feladatok ellátására kell megfelelnie: -

Faláttörés ajtó részére acél-, ill. vasbeton kiváltóval,

-

Faláttörés kiváltása zárt acélkerettel függőleges ill. függőleges és vízszintes terhelésre,

-

Teherhordó faláttörés belső falak kiváltására, két acélkerettel (földszinten),

-

Födémáttörés kiváltása mezőközépen födémsíkban ill. födémsík alatt,

-

Födémáttörés kiváltása fal mellett födémsíkban ill. födémsík alatt,

-

Teherhordó falon faláttörés gépészeti lyukak számára,

-

Homlokzati fal áttörése szellőzőnyílás részére,

-

Földszinti homlokzati ablak helyén ajtónyílás kivágása,

-

Teherhordó födémen áttörés gépészeti lyukak számára,

-

Parapet fal kibontása,

-

Parapet fal részbeni kibontása,

-

Válaszfalak bontása (6-8 cm vastag vb. fal)

-

Függesztett zárt erkély,

-

Függesztett nyílt erkély,

-

Konzolos nyílt erkély,

-

Nagy kiülésű előtető,

-

Közepes kiülésű előtető,

-

Alátámasztott építmény,

-

Külső lépcső konzol gerendákkal alátámasztva,

-

Külső lépcső behorgonyzott szerkezettel alátámasztva,

-

Magastető kialakítása harántfalakkal,

-

Magastető kialakítása haránt acélkeretekkel.

Az egyes konkrét esetekben a figyelembe veendő tervezési előírásokat és az átalakítás technológiai folyamatának menetét, külön-külön megadjuk.

FALÁTTÖRÉS AJTÓNYÍLÁS RÉSZÉRE ACÉL KIVÁLTÓVAL

FALÁTTÖRÉS AJTÓNYÍLÁS RÉSZÉRE KIVÁLTÁS ACÉL KERETTEL (függőleges és vízszintes terhelésre)

HOMLOKZATI FALPANELNÉL PARAPETFAL MEGSZÜNTETÉSE

TERVEZÉSI ELŐÍRÁSOK Az ablak alatti parapet fal vasalása az épület összekötésén kívül a rendkívüli erőhatások felvételét is szolgálja. Ezért minden esetben meg kell vizsgálni, hogy a parapetfal kibontása után a homlokzati panel megfelel az ME 95-80-ban megkövetelt rendkívüli erőhatásoknak. A húzóerő felvételét pótolja a teherhordó falak közé a padlóvonal szintjében beépített vonóvas is.

TECHNOLÓGIAI FOLYAMAT A parapet bontását kívülről, a homlokzati kéreg elbontásával kell kezdeni. A kéreg elbontása után a belső teherhordó réteget belülről is ki lehet bontani. Mindkét bontást célszerű úgy végezni, hogy a bontási vonal mentén lyukfúróval lyukakat fúrunk, majd a kifúrt lyukakat összeszakítjuk.

TEHERHORDÓ BELSÕ FALAK KIVÁLTÁSA ACÉLKERETTEL FÖLDSZINTEN

NYÍLÁSÁTTÖRÉS FÖDÉMNÉL - MEZŐ KÖZÉPEN KIVÁLTÁS FÖDÉMSÍK ALATT

NYÍLÁSÁTTÖRÉS FÖDÉMNÉL - FAL MELLETT KIVÁLTÁS FÖDÉMSÍK ALATT

NYÍLÁSÁTTÖRÉS FÖDÉMNÉL - MEZŐ KÖZÉPEN KIVÁLTÁS FÖDÉMSÍKBAN

LAKÁSBŐVÍTŐ TARTÓSZERKEZET FÜGGESZTETT ZÁRT ERKÉLY

VÁLASZFALAK BONTÁSA VASBETONBÓL KESZÜLT 5-6 cm VASTAGSÁGÚ Tervezési előírás:

Vasbeton válaszfal csak akkor bontható le: -

ha csak teherhordó főfalhoz csatlakozik;

-

ha válaszfalhoz csatlakozik ugyan, de az összes egymáshoz csatlakozó válaszfalat lebontják.

Egymáshoz csatlakozó válaszfalak közül az egyiket elbontani külön nem lehet. Technológiai folyamat:

A kibontandó válaszfalat mindkét oldalról ki kell támasztani 1,10-1,60-2,10 magasságban. A válaszfalat a teherhordó falhoz, illetve a födémhez kapcsolódó betonacélt el kell vágni. A válaszfalat felülről lefelé 50 cm-es szakaszokban lehet elbontani vésővel és kalapáccsal.

TÉRELEMEK BONTÁSA 4 cm VASTAG VASBETON FALAKBÓL Tervezési előírás:

Ha a térelemhez válaszfal csatlakozik, úgy csak akkor bontható el, ha a válaszfal állékonyságát biztosítják (pl.: ,,U" acél oszloppal). Egyébként elbontásának statikai akadálya nincs. Technológiai folyamat:

A térelem födémét alá kell állványozni mozgatható - leereszthető - állvánnyal. A térelem falait a válaszfalhoz hasonlóan két oldalról ki kell támasztani 1,00-1,50-2,00 m magasságban. A térelem fala és födéme közt levő kapcsolat elvágása után a falak 50 cm-es szakaszokban vésővel és kalapáccsal lebonthatók. A födémet alátámasztó ideiglenes állványt annyira le kell ereszteni, hogy a födém róla lebontható legyen. Az állványzat bontása után a térelem alsó burkolt vasbeton lemeze is

elbontható. A lemez 4 cm vastag és vagy részben be van süllyesztve az épület födémében, vagy teljesen a födémsík felett van.

MAGASTETŐ SZERKEZETI KIALAKÍTÁSA HARÁNTFALAKKAL

NAGY KIÜLÉSŰ ELŐTETŐ TARTÓSZERKEZETE

TÉGLAPILLÉREK MEGERŐSÍTÉSÉNEK SZÁMÍTÁSA

VASBETON-, ILL. IDOMACÉLKÖPENYES MEGERŐSÍTÉS

Jelölések:

φ

a pillér kihajlási tényezője

σfh

a téglafal határfeszültsége. Sérült, vagy repedezett téglapillér esetén: 0,76 σfh [kp/cm2]

σvh

az acél határfeszültsége. [kp/cm2]

σbh

a beton határfeszültsége. [kp/cm2]

p

a vízszintes vasalás térfogatának és a téglapillér térfogatának aránya [%]

Fv

a hosszirányú vasbetétek keresztmetszeti területe.

Fb

a dolgozó beton terület. Ennek értéke bevésett pillér esetén a pillér keresztmetszeti területe, vasbetonköpeny esetén pedig a szélső vízszintes vasaláson belüli ún. „magkeresztmetszet” /mint csavart, kengyeles vb. pillérnél/.

Ft

a téglapillér keresztmetszeti területe. Bevésett pillér esetén célszerű a vésési elroncsolódás miatt a bevésett pillér keresztmetszeti területéből a bevésési területet levonni a téglapillér keresztmetszetéből. Ez kb. 3-6 cm lehet a téglafal minőségétől függően.

ma

a hosszvasalás hatásosságát kifejező tényező.

mb

a beton hatásosságát kifejező tényező.

α

a hosszirányú erősítés hatásosságát kifejező tényező, a téglapillér kihasználásának függvényében. Ha az erősebben terhelt téglapillért megerősítjük és tovább terheljük, a tégla törése már előbb bekövetkezhet, mint hogy a megerősítés teljes mértékben dolgozna. Ezt fejezi ki az l tényező.

Értéke biztonságos jó közelítéssel, a beton zsugorodását is figyelembe véve:

α = 1−

σ0 σ fH

képletből számítható, ahol σ0 a megerősítés időpontjában a téglafalban lévő tényleges feszültség. k

a pillér oldalméreteinek arányától függő tényező. Ha a pillér hosszabb és rövidebb a/b oldalainak aránya 2-nél kisebb, k=1. Ha a/b kettőnél nagyobb, k<1. Közelítően felvehető, hogy a/b > 2 esetben

k≈

2b a

A pillérek kihajlás nélküli átlagos törőszilárdsága az Építéstudományi Intézet szerint a következő képletből számítható, ha T a tégla, és H a habarcs szilárdsága:

σ törő =

⎛ T ⎜⎜1,5 + ⎝

H ⎞⎟ 20 ⎟⎠

[kp/cm2]

Vasbetonköpenyes megerősítés

A köpeny vastagsága a pillér oldalméretének egytizede, de legalább 6 cm. Ez esetben n=1. Ha a v falvastagság a pillérszélesség egyhuszada, de nagyobb, mint 6 cm, n=2.

A közbenső értékek interpolálandók. A határerő: ⎡⎛ ⎤ 3kp σ VH ⎞ ⎟⎟Ft + α (m b ⋅ σ bH ⋅ Fb + m a ⋅ σ VH ⋅ FV )⎥ ⋅ NH = ϕ ⎢⎜⎜ σ fH + 1 + np 100 ⎠ ⎣⎝ ⎦

Az ma és mb tényezők értékei: A teher az erősítő szerkezeteket közvetlenül terheli

nem terheli

ma

0,70

0,20

mb

0,90

0,35

Cementrabitzköpenyes megerősítés A köpeny vastagsága kisebb, mint 6 cm. ⎛ 2,8kp σ VH ⎞ ⎟Ft NH = ϕ ⎜⎜ σ fH + ⋅ 1 + 2p 100 ⎟⎠ ⎝

Idomvasköpenyes erősítés A téglapillér sarkaira habarcsba helyezett szögvasak laposvassal való összekötése. A laposvaskötések távolsága kisebb legyen az oldalméretnél, illetve 50 cm-nél ma 1.2 pont szerint. ⎡⎛ ⎤ 2,5kp σ VH ⎞ ⎟⎟Ft + α ⋅ m a ⋅ σ VH ⋅ FV ⎥ ⋅ NH = ϕ ⎢⎜⎜ σ fH + 1 + 2,5p 100 ⎠ ⎣⎝ ⎦

Vasbeton pillérrel való erősítés (bevésett, vagy melléhelyezett vasbetonpillér) A 1.2 esetből a köpeny vízszintes hatását kifejező tag elhagyásával számítjuk NH értékét. Az ma és mb értékeket az 1.2 pont szerint vesszük: NH = ϕ [σ fH ⋅ Ft + α (mb ⋅ σ bH ⋅ Fb + m a ⋅ σ VH ⋅ FV )]

Acélpillérrel való megerősítés Az 1.4 esetből a vízszintes hevederezés hatását kifejező tag elhagyásával számítjuk NH értékét. Megfelelő beékelés esetén ma értékét 0,9-nek vehetjük. NH = ϕ (σ fH ⋅ Ft + α ⋅ m a ⋅ σ VH ⋅ FV )

Meg kell jegyezni, hogy mindazon esetben, melyekben a szerkezeti kialakítás olyan, hogy a teljes teher képes az új szerkezetre átadódni, az erősített szerkezet együttes határereje nem lehet kisebb, mint az erősítő szerkezet határereje, az erősítő szerkezet anyagára vonatkozó f kihajlási tényezővel számítva. Bevésett vb. pilléreknél, ha az oszlopvasalást nem lehet a terhelő szerkezetbe bekötni, ajánlatos az oszlop kengyelezését az oszlopvégnél besűríteni, az oszlopvég teherbírásnövelésének céljából.

SZÁMPÉLDA: TÉGLAPILLÉR MEGERŐSÍTÉSE A megerősítendő téglapillér 51x51 cm méretű. A megerősítés oka két további emelet ráépítése az eredetileg fszt. + két emeletes épületre. A pillért 5,0 m fesztávú acélgerendás poroszsüveg födém terheli. A pillérosztás a földszinten és emeleteken 2,50 m, az ablakok 1,20 m szélesek. Régi emeletmagasságok: földszinten 4,00 m, emeleten 3,25 m. Kiváltó acélgerendák a pincefödém felett 3,0 m-re. Ablakok 1,70 m magasak. A födém 45 cm vastag. Az épület teljes felújítása a földszintet és emeleteket csak tatarozás jellegűen érinti. A tetőt lebontják, az új tető is fatető, de a régi padlásfödémről a nehéz törmelékfeltöltést és a padlás téglaburkolatát lebontják. A pillér terhelése ezekkel az adatokkal: Födémterhelés: 5 cm fapadló

0,35 kN/m2

25 cm törmelékes feltöltés (0,25 x 14)

3,50 kN/m2

15 cm téglaboltozat (0,15 x 16)

2,40 kN/m2

acélgerenda

0,35 kN/m2

mennyezetvakolat (0,03 x 16)

0,48 kN/m2

esetleges (üzemi!) teher

1,50 kN/m2

Σ

8,58 kN/m2

Téglapillér megerősítése vasbeton pillérekkel, emeletráépítésnél

Nyers padlásfödém terhelése: 3,23 kN/m2

2,40 + 0,35 + 0,48 = Falakból: Fszt. pillér (0,54 x 0,54 x 16 x 3,0)

14,0 kN

Fszt. kiváltásával együtt (1,0 + 3,45 x 2) x 2,5 =

19,75 m2

levonandó ablakok 2 x 1,20 x 1,70 =

4,08 m2

/-

15,67 x 0,54 x 16

135,4 kN

Födémekből: 2 x 2,50 x 8,58 x 5,0/2

107,3 kN

2,50 x 3,23 x 5,0/2

20,2 kN

Σ

276,9 kN

A földszinti pillér T140 téglából H10 habarccsal készült, tehát az MSZ 25023-87. szerint átl. 14 N/mm2 törőszilárdságú téglából 1,0 N/mm2 szilárdságú habarccsal tömör téglából II. oszt. kivitelben. Így a határ-igénybevétele L/v=8, σa~1,3 N/mm2, ϕ=0,775 mellett tehát σH=1,008 N/mm2. Az emeletráépítés alatti átmeneti állapotban Ftéglapillér = 510x510 = 260,1 x 103 σM = 276900 / 260,1 x 103 = 1,065 N/mm2 > σH

erősíteni kell.

Megerősítés kétoldalon a pillérhez kapcsolt vb. pillérekkel, így L/v ~ 0 és ϕ = 0,88, tehát σH ~ 1,144-re, csak ekkorára nő! Az MSZ 15023-58 szerint a

σH = 19 x 0,69 =

13,19 kp/cm2 1,32 N/mm2

tehát a pillér a padlásterheléssel is megfelelne (σM ~ 1,065 x 1,25 = 1,33 N/mm2). Mivel az emeletráépítés miatt az utólagos alakváltozással a téglapillér túlterhelődik (σM>σH), ezért a megerősítést a teljes teherre kell méretezni. A további alakváltozások miatt a téglapillérben az igénybevételek növekedni fognak a megerősítés ellenére.

Etéglapillér = 2,0 kN/mm2,

Evasbeton ~ 10,0 kN/mm2

Többletterhelés számítása: födémek: 24 cm téglabetétes

0,24 x 13 = 3,12 kN/m2

perlit feltöltés

0,16 x 6 =

aljzatbeton

0,06 x 22 = 1,32 kN/m2

ragasztott parketta

0,02 x 6 =

mennyezetvakolat

0,02 x 16 = 0,32 kN/m2

Σ

0,06 kN/m2 0,12 kN/m2 4,94 kN/m2

Esetleges teher: 4,94 kN/m2 1,50 kN/m2 /+ 6,44 kN/m2

A padlásfödém hasonló, mert tetőtérbeépítés készül. A tetőtérbeépítés miatt a tető átl. 2,0 kN/m2, a hóterhelés legyen 0,5 kN/m2. Mivel alakváltozásokat számítunk, ezért terhelési alapértékkel számolhatunk, ebből – az egyszerűség kedvéért – 1,15 szorzóval juthatunk a határigénybevételhez. A ráépített homlokzati fal: (2 x 3,40 + 1,0[attika]) x 2,50 = 19,5 m2 levonandó ablakok

3,6 m2

2 x 1,2 x 1,5 =

15,9 m2 x 0,41x13

=

84,7 kN

3,00 kN/m2 x 2,50 x 5,0/2

=

18,8 kN

A két új födémből:

2 x 6,44 x 2,50 x 5,0/2

=

80,5 kN

Tetőből:

2,50 x 2,50 x (5,0/2 + 1,0)

=

21,9 kN

=

37,5 kN

A korábbi padlásfödém befejezéséből: 10 cm perlit

0,06 kN/m2

aljzatbeton

1,32 kN/m2

ragasztott parketta

0,12 kN/m2

esetleges teher

1,50 kN/m2

Válaszfalakból (5. födém): 5 x 1,2 x 2,50 x 5,0/2 Összes többletteher: Összes teher

243,4 kN

Q

= 276,9 + 243,4

= 520,3 kN

QM

= 1,15 x 520,3

= 598,3 kN

A megerősítő vasbeton pillér kétoldalt összekacsolva 4,0/0,5 = 8 karcsúságú, így ϕ=0,729. A beton C16, így Eb = 8,8 – 18,0, σbH = 11,5 N/mm2. Az esetleges nem tartós teher födémeknél 1,0 kN/m2, a tetőn a hó tartós tehernek minősül. P ~ 5 x 2,50 x 1,0 x 5,0/2 =

31,3 kN

az 1,15-ös szorzóból eredően (520,3 x 0,15)

78,0 kN 109,3 kN, ez QM-nek

109,3 / 598,3 = 0,183 azaz 18%-a, így Eátl = 8,8 + (18,0 – 8,8) x 0,183 = 8,8 + 1,7 = 10,5 kN/mm2 σH = 11,5 x 0,729 = 8,38 N/mm2 Fszüks = 598,3 x 103 / 8,38 = 71,40 x 103 mm2 = 0,0714 m2 2vmin = 0,0714 / 0,51 = 0,14 m = 2 x 7 cm

Nem reális méret,

legalább 2 x 15 cm kell a tűrhető bebetonozhatóság miatt. Fb = 2 x 0,15 x 0,51 = 0,153 m2 = 153 x 103 mm2

σM = 598,3 x 103 / 153 x 103 = 3,91 N/mm2 < σbH Vasalás 0,6 %, pl. 4-4 φ 12 (8,113 = 904 mm2) ≈ 0,6 x 153 = 918 mm2. A vasbeton pillérben σátl = 520,3 x 103 / 153 x 103 = 3,40 N/mm2 A 3,0 m magasan levő áthidalók aláékelve e = (3,40 / 10,5 x 103) x 3 x 103 = 0,97 mm A téglapillér figyelembevételével a teherosztozkodás tökéletes aláékeléssel ∆Q = 243,4 kN az osztozkodás a felület és E alakváltozási tényező arányában történik. σb / Eb = ∆σtégla / Etégla

vagy

σb x Et = σtégla x Eb,

és

σb / σtégla = Eb / Et

σb x Fb + ∆σtégla x Ftégla = ∆Q de Eb / Et = 10,5 / 2,0 = 5,25 átszámítási arányból ∆σt x 5,25 x 153 x 103 + ∆σt x 260,1 x 103 = 243,4 x 103 ∆σt / σb = Et / Eb = 2,0 / 10,5 = 0,19 ∆σt x 803,15 x 103 + ∆σt x 260 = 243,4 ∆σt = 243,4 / 1063,25 = 0,229 N/mm2 Σσt = 1,065 + 0,229 = 1,294 N/mm2

és

σb = 5,25 x 0,229 = 1,202 N/mm2

(12,02 kp/cm2 !)

Megerősítés nélkül a téglapillér terhelése, illetve igénybevétele nem megengedhető értéket ér el, mert σpillér M = 598,3 x 103 / 260,1 x 103 = 2,300 N/mm2

(23,00 kp/cm2 !)

A többletteherből a vasbeton pillérekre jut, a téglapillérnek a nagy teher hatására történő, nagy nem lineáris alakváltozásának figyelembe vétele nélkül is Nvb = 1,202 x 153 x 103 / 103 = 183,9 kN, ez a 243,4 kN-nak 75,6%-a! A téglapillér lassú alakváltozása miatt ez az arány még tovább nő, de a 100%-ot sosem éri el.

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

12. Előadás

VASBETON KÖPENYEZÉSSEL MEGERŐSÍTETT TÉGLAPILLÉREK MODELLEZÉSE 1. BEVEZETÉS Napjainkban reneszánszát éli a hagyományos falazott szerkezetekből épült épületek átalakítása, átépítése; jó példa erre Budapest belvárosa is. Ezek az épületek különböző életkorúak, a néhány tíz éves épületek ugyanannyira jellemzőek, mint a kiegyezés korabeli és századforduló táján épült 100 – 150 éves szerkezetek. Vizsgálatukat természetesen csak a szerkezetek gondos feltárása után lehet módszeresen elvégezni. A vizsgált épületek közös jellemzője, hogy a függőleges terheket téglapillérek és hagyományos falazatok adják át az alaptesteknek. A falazatok minősége meglehetősen nagy szórást mutat, jellemzően egyezés azonban az életkorukkal nincsen, nem ritka a 150 éves, gyakorlatilag ”hibátlan”, megfelelő teherbírású falazat, ugyanakkor találkozni „új” szerkezetek esetében is a tönkremenetel határán álló falakkal, pillérekkel. Természetesen a megerősítés igénye gyakran a pillérek tehernövekedése (átépítés, ráépítés, stb.) kapcsán merül fel. 2. MEGERŐSÍTÉSI MEGOLDÁSOK, SZERKEZETI KIALAKÍTÁS A hagyományos falazott téglapillérek – már említett – tipikus megerősítési módja a köpenyezés. Ennek kivitelezésére több megoldás is ismert, leggyakrabban lőttbeton, vagy hagyományos zsaluzatban készített köpennyel találkozhatunk. A megerősítés során általában fontos feltétel a kis keresztmetszet, ezért a köpenyeket gyakran egyrétegű vasalással készítik, kétrétegű vasalás alkalmazása csak a nagyobb oszlopkeresztmetszetek esetén szokásos. Nem foglalkozunk a pusztán esztétikai szempontból hatásos felületi kéregbevonatokkal; vasbeton köpeny alatt min. 4 – 5 cm vastag falú szerkezetet értünk (ilyen méret esetén biztosítható a betonacélok korrózió elleni védelme belső térben). A köpenyezésben elhelyezett vasalást csak akkor lehet figyelembe venni, ha az az általános szerkesztési szabályoknak (toldási hossz, betontakarás, hajlítási sugár, stb.) megfelelően kialakított. Külön megemlítendő, hogy a kengyelezés kialakítására is nagy gondot kell fordítani, különösen az erőbevezetéshez közeli pillérszakaszon, ugyanis ennek – a 3.6 pontban ismertetendők szerint – komoly szerepe van a teherviselésben.

3. A TEHERBÍRÁS MEGHATÁROZÁSA A megerősített falpillérek teherbírásának meghatározásához több tényező hatását kell figyelembe vennünk, ezek a következők:

• • •

A falpillér keresztmetszetének teherbírását meghatározó paraméterek A falpillér kihasználtsági foka a megerősítést megelőzően A megerősítő vasbeton köpeny és a falpillér kapcsolata, a teherátadás módja (közvetlen ill. közvetett) A vb. köpeny kengyelezésének határszilárdság növelő hatása A beton köpeny és a hosszvasalás figyelembe vehető additív teherbírása Az erőbevezetési zóna kialakítása

• • •

3.1 A falpillér teherbírását meghatározó paraméterek Az eredeti falpillér teherbírását számos paraméter határozza meg: a legfontosabbak a falazat habarcs, - ill. falazóanyagának (tégla) minősége, a falazat ”elkészítési” minősége, a falazás egyenletessége, az esetleges helyi károsodások jellege, kiterjedése, korróziós károk, stb. E paraméterek vizsgálatát e helyütt részletesen nem tárgyaljuk, csupán utalunk az ezzel foglalkozó irodalomra [1], [4]. Fontos megjegyezni, hogy a – lehetőségekhez mérten – pontos vizsgálathoz elengedhetetlen fontosságú a megerősítendő falpillér anyagának szilárdságvizsgálata (helyszíni és laboratóriumi) is. 3.2 A falpillér kihasználtsági fokának hatása A megerősítendő pillér kihasználtságának igen komoly szerepe van a megerősítés hatékonyságában. Általánosságban elfogadható, hogy törési határállapotban lévő szerkezetet erősíteni érdemben nem lehet, ebben az esetben inkább kiváltásról (függetlenül teherviselő szerkezet létrehozásáról) kell gondoskodni. Mivel a kihasználtság hatása egyszerű módszerekkel nehezen vehető figyelembe, munkahipotézisként elfogadtuk [1] közelítését, amely szerint a vasbeton köpeny és a hosszvasalás hatását csökkentő tényezővel (α) vehetjük figyelembe, ezt a tényezőt (az eredeti állapotú) pillér kihasználtsági fokának (η) függvényében adhatjuk meg.

α = 1 − η , ahol: η =

A csökkentő tényező értéke: 1

N sd ,0 N Rd ,0

(1)

1 0.75

α (η )

0.5 0.25 0

0

0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

η

0.9

1 1

1. ábra Az α csökkentő tényező

A megadott csökkentő tényező alapján egyértelműen állítható, hogy a megerősítés előtt igen nagy fontosságú a szerkezet lehető legnagyobb mértékű tehermentesítése, mivel így növelhető a beavatkozás hatékonysága.

3.3 A vb. köpeny kengyelezésének határszilárdság növelő hatása A falpillér megerősítésében komoly szerepet játszik a vasbeton köpenyben elhelyezett kengyelezés szilárdságnövelő hatása. A harántkontrakciójában – a kengyelezés által – részlegesen gátolt falazat figyelembe vehető szilárdsága a térbeli feszültségállapot miatt növekszik, ez a hatás a kengyelezés fajlagos keresztmetszeti területével arányosan változik. Az említett ok miatt fontos, hogy a kengyelezés megfelelő toldásokkal kialakított legyen, lőttbeton köpeny esetén a kengyel mögötti fellazulás, „árnyék” hatását kell csökkenteni. Nyújtott alaprajzú pillérek (falpillérek) esetén a kengyelezés hatása kevésbé érvényesül, ugyanis az említett hatás a sarkok közelében a legerőteljesebb, a hosszú oldalakon ellenben csak csekély a hatása. A pillér teherbírási vonalát az említettek miatt a kengyelezés oly módon növeli, hogy a számított normálerő – nyomaték értékek a figyelembevett szilárdságnövekménnyel arányosan nőnek. A falazat határfeszültségének számításakor az alábbi szilárdságnövekménnyel számolhatunk:

∆f k =

3kp f ywd ≤ fk 1 + np 100

(2)

A fenti képletben: k – a pillér oldalarányaitól (a/b) függő tényező; a/b=1 esetén k=1, a/b>2 esetben k = 2 ⋅ b / a . p – a kengyelezés és a pillér térfogatának százalékos aránya, p =

Asw , ahol sw 100 ⋅ b ⋅ s w

a kengyelek távolsága. n – a pillér nagyobbik oldalmérete (a) és a köpenyvastagság (v) arányától függő tényező; n=1, ha a/v<10 illetve n=2, ha a/v>20, a közbenső értékek interpolálhatók. fywd – az acélbetétek (kengyelek) határszilárdsága fk – a megerősítetlen falpillér határszilárdsága 3.4 A megerősítő vb. köpeny és a falpillér kapcsolata Természetesen a vasbeton köpeny a terhek viselésében is részt vesz, nagyon fontos azonban tisztázni, hogy a köpeny közvetlenül kapja – e terhét, vagy csak a pillér és a köpeny között kialakuló kapcsolat (tapadás, súrlódás) révén. Az utólagos hozzáépítés miatt a köpenyezés még közvetlen teherátadódás esetén sem használható ki teljesen, közvetett teherátadás esetén a hatás tovább csökken (igen gyakori, hogy csak a közvetett teherátadási modell alkalmazható, hiszen a köpeny gyakran kérdéses állapotú födémre, rosszabb esetben aljzatra, salakfeltöltésre támaszkodik, azaz a közvetlen teherátadás nem vehető figyelembe). A vb. köpeny hatása a megerősítésben leginkább ott mutatkozik, hogy amíg a kengyelezés jelentősen növelheti a pillér figyelembe vehető szilárdságát, a köpeny

hosszvasalásának figyelembevételével számottevően növelhető a pillér adott normálerőhöz számítható határnyomatéka. A köpeny számítása során figyelembe vehető, a teherátadás jellegének megfelelően módosított határszilárdságok:

f cd∗ = α ⋅ mc ⋅ f cd

- a beton módosított határszilárdsága

f yd∗ = α ⋅ ms ⋅ f yd

- a betonacél módosított határszilárdsága, ahol:

α – kihasználtság fokától függő tényező (lásd 3.2 pontban) mc – teherátadás módjától függő tényező; közvetlen terhelés esetén mc=0,90, közvetett terhelés esetén mc=0,35 ms – a teherátadás módjától függő tényező; közvetlen terhelés esetén ms=0,70, közvetett terhelés esetén ms=0,20 3.5 A megerősített keresztmetszetű téglapillér teherbírása A köpenyezéssel megerősített falpillér (zömöknek tekintett) középső keresztmetszetének teherbírása az előzőek szerint a következőképpen adható meg: Nu = A0 (fk + ∆fk) + Acfcd* + Aslfyd*

(3)

ahol: A0=b0 d0 , – a téglapillér keresztmetszeti területe fk – a téglapillér anyagának határszilárdsága (anyagvizsgálattal meghatározott, ill. eredeti) – a megerősítő betonköpeny keresztmetszeti területe Ac Asl – a megerősítő betonköpeny hosszvasalásának keresztmetszeti területe fcd* – a beton módosított határszilárdsága * fyd – a hosszvasalás módosított határszilárdsága A kihajlást is figyelembe véve, a megerősített pillér vizsgálata a meghatározott jellemzőkkel előállított teherbírási vonal alapján végezhető. A véletlen külpontosságot, valamint a másodrendű hatást a tényleges geometriai jellemzők alapján kell számítani. Külön vizsgálatot kell végezni az erőbevezetés környezetében, ugyanis (különösen közvetetten terhelt köpeny esetén) itt a nyomatéki teherbírás számottevően csökken (húzott vasalást nem lehet figyelembe venni).

3.6 A megerősített falpillér erőbevezetési zónájának modellezése A megerősített falpillér kezdeti (erőbevezetési) szakaszának erőtani modellezése külön figyelmet érdemel, mind közvetlen, mind közvetett feltámaszkodás esetén. A két

függőleges teherhordó szerkezet együttdolgozását leginkább az erősítő vb. köpenyben elhelyezett kengyelezéssel biztosíthatjuk, ezért indokolt a szükséges vasmennyiség meghatározásának részletesebb vizsgálata. Az erőbevezetési zóna modellezéséhez három, túlnyomóan kísérleti eredményekre támaszkodó módszert adunk meg. 3.6.1 ”A” módszer A szükséges keresztirányú vasalás (kengyelezés) meghatározása [2] szerint: Asw = e(A/B - 1,9)

[cm2/m – egységben], feltéve, hogy A/B ≤ 5,1

Ebben a képletben 2 ⋅ N Rd ,0 A=

λ

−1 ≅

A0 ⋅ f k

2

λ

− 1 , ahol λ =

N Rd ,0 ( e ) N Rd ,0 ( e =0 )

.

(4)

(5)

A kísérleti eredmények alapján falpilléreknél λ értéke közelíthető az alábbi kifejezéssel: 2

⎛e⎞ ⎛e⎞ λ = 2,5⎜ ⎟ − 2,4⎜ ⎟ + 1 ⎝b⎠ ⎝b⎠ e – terhelőerő külpontossága b – a pillér hosszabbik oldalának mérete Továbbá a (4) képletben: b ⎞ (b − s w )(d w − s w ) ⎛ , ahol B = 0,13⎜1,6 − 0,6 ⎟ w d⎠ A0 ⎝ bw és dw – a megerősítő kengyel méretei (szárhosszak) sw – a kengyelezés távolsága d – a megerősített pillér szélessége (kisebbik oldalméret)

(6)

(7)

3.6.2 ”B” módszer

A szükséges keresztirányú vasalás (kengyelezés) meghatározása [3] szerint a harántkontrakciójában részlegesen gátolt eredeti pillér és a köpeny között kialakuló normálfeszültség értékéből számítható az alábbi módon: a swx =

px d w ' f ywd

és

a swy =

p y bw ' f ywd

, ahol:

(8)

⎛ P My ⎞ ⎛P M ⎞ ⎟ ⋅ 0,15 px = ⎜ + (9) p y = ⎜⎜ + x ⎟⎟ ⋅ 0,15 és ⎜ A0 W y ⎟ A W 0 x ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ – a megerősítő köpenyre (belülről) ható, konstansnak tekintett px és py normálfeszültség értéke * fywd =0,8fywd – a kengyelezés módosított (korlátozott) határszilárdsága dw ill bw az erősítő köpeny kengyelszárainak oldalhossza (lásd 3.6.1)

3.6.3 ”C” módszer

A szükséges keresztirányú vasalás meghatározását [1] a törési határállapotban lévő falpillér egyensúlyából vezeti le. A számítás kiinduló feltételeként felvehető a ferde törési vonal függőlegessel bezárt szöge (α), valamint a ferde törésvonal mentén történő elmozduláshoz rendelhető súrlódási kúp hajlása (φ). Az egyensúlyi feltételből számítható oldalnyomás: p = σ tgα tg(90o-α-φ), ahol: σ − pillére ható (egyenletesnek tekintett) nyomófeszültség

(10)

Felhasználva, hogy a törésképet jellemző α szög, valamint a súrlódási szög értéke adott tartományon belül mozoghat (0o ≤ α ≤ 45o és φ ≥ 45ο a fogazott törésvonal miatt), az oldalnyomás szélsőértéke az adott terhelés mellett: pext = 0,17 σ

(11)

Látható, hogy az elméleti úton meghatározott érték gyakorlatilag azonos eredményt ad a bemutatott ”B” módszerrel, a keresztirányú vasalás (kengyelezés) szükséges mennyisége analóg módon számítható. 4. SZÁMPÉLDA

Példaképpen az elmondottak illusztrálására megmutatjuk, hogy egy 40x40 cm keresztmetszetű, kisméretű téglából falazott pillér vasbeton köpennyel történő megerősítése esetén miként számítható a teherbírás. A pillér kialakítását a 2. sz. ábra mutatja.

50

400 500

50

O 8 /150

50

40 0 500

50

Anyagok: falazat szilárdsága: fk=2,9 N/mm2 (mért érték) beton: C16-8/KK betonacél: B60.50 hosszvasalás: 12φ12 2. ábra A pillér keresztmetszete

A 3. sz. ábrán az eredeti és a megerősített téglapillér teherbírási vonalát mutatjuk be. A szemléletesség kedvéért a megerősítetlen keresztmetszet teherbírási vonala (A) mellett megmutatjuk a köpenyezés határfeszültség növelő hatására ébredő teherbírásnövekmény figyelembevételével készített teherbírási vonalat (B) is. A C jelű görbe a megerősített pillér teherbírási vonala, mely figyelembe veszi a köpenyezés teherbírás

növelő hatását, valamint a köpeny teherbírását az erősítő hosszvasalással. A számítás során az eredeti pillér kihasználtsági fokát η=75%-nak vettük fel, a köpenyt közvetetten támaszkodónak tekintettük.

N

(k N ) 900

C

600

B A 300

15

30

45

65

75

M

(k N m )

3. ábra Az eredeti, valamint a megerősített keresztmetszet teherbírási vonala

A 3. ábra tanúsága szerint a pillér határ-normálereje a köpenyezés szilárdságnövelő hatására is jelentősen (mintegy 45%-kal) nőtt, a közvetve terhelt köpeny teherbírása a megerősítés hatékonyságát tovább növeli, különösképpen a nagy külpontosságú terhek esetén. A megerősítés fokának, hatékonyságának elemzésekor figyelembe kell venni a megerősített szerkezetekre vonatkozó, általánosan elfogadott szabályt miszerint a teherbírás végállapotban nem haladhatja meg az eredeti elem teherbírásának kétszeresét. A vasbeton köpennyel történő megerősítés hasonló alapelvekkel számítható beton és vasbetonpillérek esetén is, természetesen itt az elérhető teherbírás-növekmény kisebb hatású, tekintettel a megerősítendő szerkezet nagyobb szilárdságára.

LÉPCSŐSZERKEZETEK

KÉTKARÚ LÉPCSŐ Lépcsőkar: nyílásokkal áttört orsótéri fallal gyámolított kéttámaszú kőfokok Pihenő:

keresztboltozat, teknőboltozat ill. poroszsüvegboltozat

KÉTKARÚ LÉPCSŐ Lépcsőkar:

acélgerendával gyámolított műkő fokok

Pihenő:

acélgerendákra támaszkodó vasalatlan betonlemez

KÉTKARÚ LÉPCSŐ Lépcsőkar:

a kar irányával merőlegesen falazott poroszsüvegboltozattal alátámasztott kőfokok

Pihenő:

poroszsüvegboltozat födém

KÉTKARÚ LÉPCSŐ Lépcsőkar:

a kar irányával megegyezően falazott poroszsüvegboltozattal alátámasztott kőfokok

Pihenő:

poroszsüvegboltozat födém

A vízszintes erők felvételére a pihenőszerkezetben vasheveder készült.

FALAZATTAL ÉS ORSÓVAL ALÁTÁMASZTOTT CSIGALÉPCSŐ

A LÉPCSŐSZERKEZETEK JELLEGZETES KÁROSODÁSAI Általános jellegű károk Lebegő lépcsők befogási elégtelensége Lebegő lépcsőfokoknál a befogási környezetben a fal függőleges és ferde repedései, morzsolódása, nedvesedése a befogás elégtelenségére utalhat, amit a lépcsőfok szemmel láthat6 véglapelfordulása is jelezhet.

Gyámolító szerkezet károsodása A gyámolító szerkezet (fal, kiváltó, boltozat) károsodása a lépcsőszerkezet károsodását okozhatja. A gyámolító szerkezet hibái lehetnek: -

a falak megsüllyedése (pl. alapozási hiba miatt),

-

a boltívek elmozdulása,

-

a szegélygerendák túlzott lehajlása

-

a szegélygerendák szilárdságcsökkenése.

Mozgás eredetű károk Az alátámasztó falszerkezet mozgása (pl. az alapok alatti altalaj állapotváltozása, vagy valamilyen eredetű térszínmozgás miatt) a lépcsőszerkezet közvetett károsodását okozhatja. Befogott lépcsőfokok kicsúszását, illetve lecsúszását is előidézheti.

Mechanikai eredetű károk A fokozott használat során gyakran keletkeznek olyan mechanikai sérülések, melyek repedéskárt okozhatnak, és a hasznos keresztmetszetet csökkenthetik.

Kopás A fokozott használat során kialakuló keresztmetszetkopás is teherbírás csökkenést eredményezhet.

Tűzkár Nagyfokú, hirtelen hőhatás a teherhordó szerkezet szilárdságcsökkenését - és így a teherbírás csökkenését - idézheti elő.

SZERKEZETRE JELLEMZŐ KÁROK Kő- és műkőlépcsőkre jellemző károk a) Lépcsőfokok repedései - Pókhálószerű rétegrepedések: A kőlépcső felületén megjelenő, kitöredezést okozó károsodás. A jelentős mértékű kikagylósodás a hajlított keresztmetszetet csökkentheti. - Keresztirányú átrepedés: a befogással ill. az alátámasztással párhuzamosan kialakult repedések a kőlépcsőfokok tönkremenetelét jelzi. Gyámolított kőlépcsőnél a lépcsőfok leszakadását a pontos repedésillesztés helyén kialakuló átboltozódás és az átrepedt fok alatti ép fok megtámasztó hatása gátolja. Lebegő kőlépcsőnél csak az alsó ép fok alátámasztó hatása működik. A repedés illesztés elmozdulása azonban (pl. szállítás miatti dinamikus hatás) az átrepedt lépcsőfok váratlan leszakadását előidézheti. Lebegő lépcsőnél egyetlen lépcsőfok leszakadásával az egész lépcsőkar labilissá válik és további leszakadás következhet be. Műkőlépcsőfok átrepedése csak akkor jelent tönkremenetelt, ha a beton magvasalásának korróziója is feltételezhető (pl. régi és nagy tágasságú a repedés). - Élek kitöredezettsége: általában hirtelen erőhatás következménye. Csak akkor van statikai jelentősége, ha a keresztmetszetet is jelentősen károsítja.

b) Pihenőlemezek repedései Pókhálószerű repedések: csak a lemez felületén megjelenő, kitöredezést okozó károk. Keletkezésük többnyire mechanikai sérüléssel függ össze. A felület jelentős elroncsolódása esetén a hajlított keresztmetszet lecsökken. Keresztirányú

átrepedés:

az

alátámasztással

párhuzamosan

kialakult

repedés

a

lemez

állékonyságvesztését okozhatja. Bár a kőlemez a repedés helyén átboltozódhat, de a repedésillesztés elmozdulása esetén (pl. rendkívül nagy mechanikai ütés, valamilyen eredetű rázkódtatás) a leszakadás bekövetkezhet.

Vasbetonlépcsőkre jellemző károk Felületi repedezettség, kopás: a felületi járószerkezet károsodása a természetes elhasználódás következménye. Az élek kitöredezettsége: a hirtelen erőhatás következtében keletkezhet. Mivel így a lépcsők vasalása nedvesség hatásához hozzáférhetővé válhat, tartószerkezeti károsodást is előidézhet (acélbetét korrózió). A betontakarás hibái: elégtelen betontakarást jelez a tartószerkezeti vasalás láthatósága. A felső vasalásnál ez a járófelület jelenléte miatt nem állapítható meg, de a lemezek alsó síkján ez gyakran kialakul. Ez többnyire kivitelezési hiba következménye. A betontakarás elégtelenségét jelzi még a takarás helyenkénti leválása az acélbetétről. Kellő takarás híján az acélbetétek nedvességre jobban hozzáférhetővé válnak és korróziós folyamat is megindulhat. Repedéskárok: a vasbeton lépcsők repedései zsugorodás, hőtágulás, egyenlőtlen támaszmozgás és elégtelen teherbírás miatt keletkezhetnek. Ezek közül az egyenlőtlen támaszmozgás és az elégtelen teherbírás lehet veszélyes a szerkezet állékonyságára. A

teherbírás

elégtelensége:

a

lépcsőszerkezetek

teherbírásának

elégtelenségére

a

tartószerkezeten, - vagy a gyámolító részen, vagy a lemez részen - megjelenő jellegzetes

repedésekből lehet következtetni. Teherbírási elégtelenséget okozhat pl. tervezési hiba, a beton szilárdságcsökkenése, nagyfokú acélbetét korrózió. Korróziós károk: repedések kialakulása, vagy a betontakarás hiánya az acélbetéteket nedvesség hatásának hozzáférhetővé teszi, így azok felületén korróziós folyamat indul meg, mely jelentős fokú korrózió esetén a betontakarást lerepesztheti. Salakbeton anyagú szerkezetnél, ha a felhasznált salakadalék kéntartalmú szénsalakot is tartalmazott, a korróziós folyamat fokozottan kialakulhat A

beton

szilárdságcsökkenése:

bauxitcementtel,

román

cementtel

készült

vasbeton

lépcsőszerkezetek betonszilárdsága - a betonban végbemenő kémiai folyamat hatására - csökken Ez a szerkezet teherbírását is csökkenti, és - szélső esetben - állékonyságát is veszélyeztetheti.

Kő ill. műkő lépcsőfokok

Kő lépcsőfokok

GYÁMOLÍTOTT VASBETON LÉPCSŐ

VASBETON LEMEZLÉPCSŐ

KÉTTÁMASZÚ VASBETON LÉPCSŐKAR (régi típusú vasalás)

BEFOGOTT VASBETON LEPCSŐKAR (régi típusú vasalás)

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

13. Előadás

A LÉPCSŐSZERKEZETEK ÁLLAPOTMEGHATÁROZÓ MÓDSZEREI A vizsgálatokat az alábbi sorrendben célszerű elvégezni: -

Alapadatok beszerzése.

-

Szerkezetmeghatározás, azonosítás.

-

Állapotmeghatározás, kárvizsgálat.

-

Az erőtani követelmények kielégítésének ellenőrzése.

-

A szerkezet minősítése.

-

A lépcsőszerkezet rendeltetésszerű használatát biztosító műszaki teendők meghatározása.

Alapadatok beszerzése A vizsgálatok előtt a lépcsőre vonatkozó alábbi adatokat célszerű előre beszerezni: -

az épület építési ideje,

-

az épület szerkezeti rendszere,

-

a lépcsőszerkezet rendszere,

-

a lépcsőre vonatkozó korábbi vizsgálatok adatai (szakvélemények, anyagvizsgálatok).

-

korábbi háborús károk, tűzkárok,

-

olyan korábbi szerkezeti átalakítások, melyek a lépcsővel kapcsolatosak (pl. történt-e lépcsőcsere stb.)

Az alapadatok egy része az építményre vonatkozó tervekből és korábbi szakvéleményekből szerezhető be. Alapadatként célszerű a lépcső állapotát - a korábbi szakvéleményeken kívül – előzetesen szemrevételezni, mivel a szemmel látható károsodások meghatározzák a további, részletes vizsgálatok módszerét.

Szerkezetmeghatározás, azonosítás A lépcsők szerkezeti rendszere (lebegő, gyámolított, vagy lemezrendszerű) és anyaga szemrevételezéssel és szükség szerinti kis vésésekkel állapítható meg. Ennek megfelelően minden szintről vázlatrajzot kell készíteni a szerkezeti rendszer és a szükséges geometriai adatok feltüntetésével. A vázlatokba a továbbiakban a műszaki állapotra jellemző adatokat kell bejelölni az állapotvizsgálat során.

Állapotmeghatározás, kárvizsgálat Az állapotmeghatározás során észlelt károsodásokat, vagy az állapotra jellemző egyéb adatokat a szerkezetmeghatározásnál készített vázlatokba kell bejelölni. Vakolt alsó felületű lépcsőkart - amennyiben a vakolat megrepedt - a vakolat eltávolítása után kell vizsgálni. Ha a hiba repedésként jelentkezik, a repedéskép alapján mérlegelni kell a lépcsőkar állékonyságának biztonságát. Amennyiben szükséges, az állékonyság biztosításáról (dúcolás) azonnal intézkedni kell. Abban az esetben, ha ezt a helyszíni vizsgálatok szükségessé teszik, a szerkezetek anyagvizsgálatát is el kell végeztetni: -

kőszerkezetek szilárdsági, rétegrepedezettségi és korróziós vizsgálatát,

-

salakbeton és bauxitbeton szerkezetek szilárdsági és korróziós vizsgálatát,

-

acél, ill. vasszerkezetek szilárdsági és korróziós vizsgálatát,

-

faszerkezetek fakórtani vizsgálatát.

Anyagvizsgálatot csak ennek elvégzésére jogosított szakértő végezhet.

A lebegő lépcsőkaroknál külön meg kell vizsgálni a befogás megfelelőségét: -

szemmel látható véglapelfordulások helyét, és a befogást biztosító falszerkezet épségét. Amennyiben a falazaton szemmel látható károsodás nincs, akkor is szintenként legalább 2-2 helyen kell a vakolat, vagy a lábazat eltávolításával a falazat állapotát megvizsgálni.

Amennyiben a lépcsőkar kilazulásának gyanúja forog fenn (látható véglapelfordulás, a befogó falszerkezet

rossz

minősége),

akkor

a

vakolatleverést

(lábazateltávolítást)

a

teljes

lépcsőkar-befogás mentén el kell végeztetni és szükség esetén az állékonyságot biztosító dúcolást kell elrendelni.

A gyámolított lépcsőkaroknál a gyámolító szerkezet vizsgálatát is el kell végezni az állékonysági elégtelenségre utaló jelenségek felderítése céljából.

A lemezlépcsőkarok vizsgálatát ki kell terjeszteni az alátámasztó szerkezet (gerenda, pihenőlemez, falszerkezet) vizsgálatára.

A lépcsőkorlátok biztonságát, épségét, a befogások és kapcsolataik esetleges károsodását minden esetben vizsgálni kell.

AZ ERŐTANI KÖVETELMÉNYEK KIELÉGÍTÉSÉNEK ELLENŐRZÉSE a) Használati tapasztalatok alapján Az ellenőrzést szemrevételezéssel és - szükség szerinti - kisebb vésésekkel kell elvégezni.

b) Erőtani számítással Ezt minden esetben a használati tapasztalatokon alapuló vizsgálat után, kiegészítésként lehet elvégezni. Erőtani számítás végezhető minden tartószerkezeti elemre kiterjedően, vagy csak bizonyos tartószerkezeti elemekre, vagy csak a kapcsolatokra. Pl.: -

lebegő lépcsőfokok befogásánál a falfeszültség és a befogás bizonytalanságának vizsgálata,

-

gyámolító gerendák (boltövek) teherbírásának ellenőrzése,

-

korlátellenőrzés vízszintes erőre.

Erőtani számítást csak a pontos geometriai méretek és a vizsgált tartószerkezeti elemek szilárdsági jellemzőinek ismeretében lehet végezni.

c) Próbaterheléssel Amennyiben

a

vizsgált

szerkezet

erőtani

megfelelősége

a

használati

tapasztalatok

figyelembevételével, ill. erőtani számítással egyértelműen nem igazolható, próbaterhelést kell végezni. A próbaterhelést a lépcső egy szakaszára, vagy a teljes lépcsőszerkezetre kiterjedően lehet elvégezni, az MI-15011 előírásai szerint. Kőszerkezetek és öntöttvas szerkezetek esetében a szilárdsági jellemzők a szövetszerkezetben rejlő bizonytalanságok miatt erőtani számításhoz általában nem tekinthetők mértékadónak, ezért ezekre a használati tapasztalatokat kiegészítő vizsgálatként a próbaterhelést kell mértékadónak tekinteni.

A LÉPCSŐSZERKEZETEK MINŐSÍTÉSE A lépcsőszerkezeteket az alátámasztó, gyámolító, illetve befogadó szerkezet, valamint a lépcsőkarok,

lépcsőpihenők

együttes

figyelembevételével

kell

minősíteni,

a

használati

tapasztalatok és a szükség szerint elvégzett erőtani számítások, illetve próbaterhelések alapján. Ezek szerint:

Megfelelő állapotú lehet, ha -

a teherhordó szerkezeten teherbírás csökkenést előidéző repedések, kopások, mechanikai sérülések nincsenek,

-

kőlépcsőfokok esetében a keresztmetszet húzott oldala nincs berepedve,

-

vasbeton lépcs6 esetében a szerkezet nem bauxitbetonból készült,

-

a szerkezet minden eleme kellő szilárdságú,

-

a lebegő lépcsőfokok kellőképpen befogottak,

-

a szerkezet elemein túlzott alakváltozás nem észlelhető,

-

a szerkezet lényeges korróziós kártól mentes,

-

a korlátok rögzítése megfelelően biztonságos,

-

a lépcsőszerkezet minden eleme a függőleges terhek hordására - azok szélső eseteit is figyelembe véve - alkalmas.

Tűrhető állapotú lehet, ha -

a szerkezeten teherbírás-csökkenést előidéző repedések, kopások, sérülések nincsenek,

-

kőlépcsőfokok esetében a keresztmetszet húzott oldala nincs berepedve,

-

a szerkezet minden eleme kielégítő szilárdságú,

-

a lebegő lépcsőfokok kellőképpen befogottak,

-

a szerkezeti elemeken alakváltozás (lehajlás, repedés) észlelhető, de ez a lépcsőszerkezet állékonyságát nem veszélyezteti,

-

a szerkezeten korróziós károsodás észlelhető, de ez elégtelen teherbírást nem okoz,

-

a korlátok rögzítése még kielégítő,

- a szerkezet a függőleges terhek hordására korlátozottan alkalmas és váratlan tönkremenetele belátható időn belül egyik eleménél sem várható.

Veszélyes állapotú, ha -

a lebegő lépcsőfokok bármelyikének befogása nem megfelelő, vagy a szerkezet alakváltozása (lehajlás, repedéstágasság) a tűrhetőnél nagyobb és emiatt a szerkezet tönkremenetele várható, vagy

-

a szerkezet anyaga nem kielégítő szilárdságú és emiatt teherbírása a szükségesnél kisebb, vagy kőlépcső esetében a lépcsőfokok (vagy csak egy lépcsőfok) keresztmetszete a húzott oldalon jelentősen berepedt, illetve átrepedt, vagy

-

a korróziós károsodás (beton, illetve acélkorrózió) miatt a szerkezet teherbírása a szükségesnél kisebb, vagy

-

a korlátbekötés nem kielégítő biztonságú, vagy

-

a lépcsőszerkezet valamely eleme a függőleges terhek hordására nem alkalmas, vagy

-

a lépcsőszerkezetnek, vagy valamelyik elemének állékonyságvesztése belátható időn belül várható.

Életveszélyes állapotú, ha -

a veszélyes állapotú szerkezetnél a hatékony beavatkozás (pl. kiürítés, dúcolás) azonnali végrehajtásának elmulasztása miatt emberek élete és testi épsége veszélybe kerülhet. Életveszélyes állapot esetén a szakértőnek azonnal intézkednie kell az életveszély elhárításáról!

A LÉPCSŐSZERKEZETEK MEGERŐSÍTÉSÉNEK SZEMPONTJAL A számba vehető megerősítési megoldások kiválasztásánál az alábbi lehetőségeket lehet figyelembe venni: -

a szerkezet működési feltételeinek kedvezőbbé tétele (pl. gyámolító szerkezet beépítése a lépcső eredeti statikai modelljének figyelembevétele mellett);

-

a teljes, vagy részterhelés felvétele új szerkezettel (általában külön működő megerősítési mód);

-

a megerősítés lehetősége a közlekedés biztonságával, vagy a közlekedés ideiglenes megszüntetésével.

A megerősítés módjáról, vagy szükség szerint a bontásról a műszaki lehetőségeken kívül a gazdaságosság és az épület tervezett élettartamának figyelembevételével kell dönteni.

FÜGGŐFOLYOSÓK SZERKEZETEI KŐKONZOLOS

KERESZTMETSZET

ALAPRAJZ

KŐKONZOLRA HELYEZETT KŐLEMEZ

KŐKONZOLOS

KERESZTMETSZET

ALAPRAJZ

KŐKONZOLRA TÁMASZKODÓ VASBETONLEMEZ

ACÉLKONZOLOS

KERESZTMETSZET

ALAPRAJZ

ACÉLKONZOLRA HELYEZETT KŐLEMEZ

ACÉLKONZOLOS

a.) ACÉLGERENDÁK KÖZÖTTI TÉGLABOLTOZAT

b.) ACÉLGERENDÁK KÖZÖTTI BETONBOLTOZAT

c.) ACÉLGERENDÁK KÖZÖTTI VASALATLAN BETONLEMEZ

d.) ACÉLGERENDÁK KÖZÖTTI VASBETON LEMEZ

VASBETON KONZOLOS KERESZTMETSZET

HOSSZMETSZET

KONZOLOS VASBETON LEMEZ

KERESZTMETSZET

HOSSZMETSZET

ALULBORDÁS VASBETON LEMEZ

A FOLYOSÓSZERKEZETEK JELLEGZETES KÁROSODÁSAL Általános jellegű károk A konzolbefogás elégtelensége A

befogás

elégtelenségét

a

falszerkezet

függőleges

repedései,

morzsolódása,

vagy

a

konzolszerkezet túlzott alakváltozása jelezheti. A befogás elégtelenségét előidézheti: -

a befogás, illetve a leterhelés körülményeinek változása (pl. a konzolgerenda-befogás környezetében utólagosan végzett falnyílás bontása, vagy az épületszintek visszabontása),

-

a befogásnál keletkező kedvezőtlen élfeszültség és a teherelosztó szerkezet (pl. vasbeton talpgerenda, acél talplemez) hiánya,

-

a lehorgonyzás (visszakötés) elégtelensége,

-

a falszerkezet szilárdságcsökkenése (pl.: fellazulás, mállás),

-

a falszerkezet mozgása (pl. süllyedés, térszíndeformáció).

Konzoltartók túlterhelése A konzoloknak a tervezettnél jóval nagyobb, hosszantartó túlterhelése - a kellő leterhelés hiányában -szélső esetben állékonyságvesztést okozhat.

Fagykár Kőkonzolok esetében, ha a csapadék a pórusokba, vagy hajszálrepedésekbe bejuthat, ott megfagy és mállasztja a kőanyagot. Az ezzel jór6 szilárdságcsökkenés a teherbírás csökkenését eredményezheti, ami függőleges és ferde repedések formájában jelentkezik. Ez elsősorban a konzol befogásnál jelenthet állékonysági veszélyt. Ezért a befogás környezetét lehetőleg a vakolat eltávolítása után kell vizsgálni.

Téglaboltozatok fagykár hatására mállékonnyá válhatnak, a szilárdságcsökkenés teherbíráscsökkenést eredményez.

Vasbeton lemezeknél jellegzetes károsodás a műkő szegélyek kifagyása. A fagyás vízszintes repedezettséget, műkő leválásokat okoz. Így a szabaddá váló acélbetétek korróziója fokozottan

megindul és a szerkezet tönkremenetele felgyorsul. Ugyanez következik be a lemez alsó felületénél, a betontakarás lefagyása esetén.

Tűzkár A tűzkár - mint nagyfokú, hirtelen hőhatás - a konzolok és a lemezek szilárdságcsökkenését okozhatja.

Mészkőszerkezetnél a mészkő kiég és a tűzoltó víz hatására oltott mésszé válik. Mechanikai sérülés A konzolszerkezet és a lemezszerkezetek károsodását mechanikai sérülés (pl. ütés) is okozhatja.

Mozgáseredetű károk A falszerkezet mozgása a konzolok elmozdulását és ezzel a konzolgerendákra terhelő lemezszerkezetek károsodását idézheti elő. Különösen veszélyes lehet ez boltozatok esetében, mert a boltozat lecsúszhat az acélgerendáról. A boltozat megnyílása bekövetkezhet, ami a boltozati mező leszakadását is eredményezheti. Vasalatlan

betonlemezeknél

a

boltozatéhoz

hasonló

károsodás

keletkezhet.

Vasalt

lemezszerkezeteknél a konzolok elmozdulása repedéseket okoz, de a húzó igénybevételeket a vasalás felveszi, így állékonyságvesztés emiatt ritkán áll elő.

Korlátszerkezetek károsodása A korlátbekötések kilazulása, korróziója a korlát labilitását idézheti elő és balesetveszélyt jelent.

A SZERKEZETRE JELLEMZŐ KÁROK Kőszerkezetű függőfolyosókra jellemző károk a) Kőkonzolok repedéskárai b) Kőlemezek repedéskárai Pókhálószerű repedések A pókhálószerű repedések csak a lemez felületén megjelenő, kitöredezést okozó károk. Keletkezésük általában mechanikai sérüléssel függ össze. A felület elroncsolódása miatt a hajlított keresztmetszet lecsökken.

A kőlemezen keresztben átmenő repedések

A repedések a konzolokkal párhuzamosan alakultak ki, rendkívüli hatások (pl. háborús események, leejtett súlyos teher, egyenlőtlen süllyedés) következtében. Bár a kőlemez a repedés helyén átboltozódott, de repedési illesztés elmozdulás miatt (pl. utcai forgalom miatti rázkódtatás esetén) a lemez leszakadása bármikor bekövetkezhet.

A kőlemezen hosszában átmenő repedések A repedések a konzolokra merőlegesen alakultak ki, rendkívüli hatások (pl. háborús események, leejtett súlyos teher) következtében. A kőlemez továbbra is kéttámaszú hajlított lemezként működik, így a repedés kialakulása az állékonyságot nem befolyásolja.

A kőlemezek lapjával párhuzamos repedések Az ilyen jellegű repedések a kőlemez homloklapján észlelhetők. Kialakulásuk a kőanyag tulajdonságainak következménye, főleg a tardosi mészkőnél és a piszkei vörösmészkőnél fordulnak elő. A kőanyagban eredetileg meglévő hajszálrepedésekbe a csapadék beszivárog, fagy és további - most már az eredetinél nagyobb - repedéseket okoz. A semleges tengely közelében kialakult vízszintes anyaghiba a nyomatékbírást legalább felére lecsökkenti és az esetleges átboltozódási biztonságot megszünteti. Szemrevételezéssel a károsodás nem tűnik jelentősnek, de az állékonyságot veszélyeztetheti.

Kőlemezek kopása A felületi kopást a nagy forgalom idézheti elő, de a kőanyag tulajdonsága (kevéssé kopásálló) is fokozhatja. Az állékonyság szempontjából akkor kell figyelembe venni, amikor más károsodással együttesen jelentkezik: pl. keresztben átrepedt lemeznél a nagymértékű kopás miatt az átboltozódási felület jelentősen lecsökkenhet és így a leszakadási veszély fokozódik.

c) Kőszerkezetek szilárdságcsökkenése A külső légköri hatások következtében (csapadék, széndioxid, kifagyás) a kőzet anyagának mállási folyamata indulhat meg. A mállás során a kőzet szilárdsága megszűnik és a szilárdságát vesztett rész lemorzsolódik a tömegről. Felületi mállás csak keresztmetszet-csökkenést idéz elő, de nagyobb, vagy teljes mélységű mállás állékonyságvesztést okoz.

d) Kőlemezek korlátjainak károsodása

A korláttartó oszlopokat a kőlemezbe fúrt lyukakba helyezték és utána ólomkiöntéssel rögzítették. Az ólom nagyfokú hőtágulása miatt a kőlemezek - főleg a napos oldalakon - roncsolódtak, kitöredeztek. Bár ez a lemezek állékonyságát általában nem befolyásolja, de a kilazult korlátok komoly balesetveszélyt jelentenek.

Acélkonzolos függőfolyosókra jellemző károk a) Korrózió Az acélkonzolos függőfolyosó szerkezetek legjellegzetesebb károsodása a korrózió. A csapadék, és a levegőszennyeződés hatásának kitett acélszerkezet felületén - megfelelő védőbevonat (betontakarás, vagy védőmázolás) hiányában - korróziós folyamat indul meg. A felületi korrózió a konzolgerenda teherbíró-képességét nem befolyásolja, de jelzi a folyamat megindulását. Előrehaladott állapotban már lemezes leválásként jelenik meg, ami számottevő keresztmetszet csökkenést és így teherbírás-csökkenést eredményezhet. Mivel függőfolyosóknál ez elsősorban a szabadon maradó alsó övlemeznél (a nyomott övben) áll elő, a teherbírás csökkenése emiatt viszonylag ritkán következik be. Mást jelent azonban a salakvasbeton lemezes függőfolyosók konzolgerendáinál. Ebben az esetben a csapadék hatására a salakbetonban meginduló betonkorróziós folyamat az acélgerenda felső övlemezének korrózióját is okozhatja, így a húzott öv lecsökkent keresztmetszete már jelentős teherbírás-csökkenéshez vezethet. A

nagyfokú,

előrehaladott

acélgerenda

korrózió

legtöbb

esetben

a

gerendák

közötti

lemezszerkezet (pl. salakvasbeton lemez, téglaboltozat) jelentős károsodásával jár együtt, ami már lokális állékonysági veszélyhelyzethez vezethet. Ezért a szakértői vizsgálatnak erre is részletekbe menően ki kell terjednie. Gipszrabitz burkolatú konzolgerendánál a csapadék a burkolat mögé kerülhet, és a korróziós folyamatot megindítja. Ezért a gipszrabitz burkolatok sérüléseit is vizsgálni kell. Az acélanyagú szegélytartók korróziójának a függőfolyosó szempontjából nincs jelentősége, de a rácsavarozott, illetve ráhegesztett korlátrögzítési csomópontok korrodálása már balesetveszélyt jelenthet (kiszakad a korlát).

b) Szilárdságcsökkenés Téglaboltozatok fagykár hatására mállékonnyá válhatnak, a szilárdságcsökkenés teherbírás csökkenést eredményez. Salakbeton boltozatok és vasalatlan salakbeton lemezek szilárdsága a korábbi kezdetleges technológia miatt gyakran nem kielégítő. Emiatt a beépített beton könnyen repedezetté, fészkessé, mállékonnyá válik, teherbírása nem kielégítő.

Vasbeton konzolos függőfolyosókra jellemző károk a) Korrózió Vasbeton szerkezetű függőfolyosóknál a korrózióval kapcsolatos károk gyakoriak. Amennyiben a lemezszéleken vízorr nem készült, vagy a meglévő vízorr sérült, a lemez alsó síkján visszaszivárgó csapadék az alsó betontakarást áztatja, és azok leválását okozhatja. A folyamatot a fagy hatása gyorsíthatja, mivel a kezdeti repedésekbe bekerülő víz megfagy és a takarást a betonacélról lerepeszti. Így a betonacél szabaddá válik, korróziós folyamata megindul. Előrehaladott korrózió esetén a betonacélon már lemezes leválás alakul ki, ami - figyelembe véve a betonacélok viszonylag kis keresztmetszetét - jelentős keresztmetszet-csökkenést okozhat és ez a lemezmező leszakadását is eredményezheti. Salakbeton anyagú lemeznél, ha a felhasznált salakadalék kéntartalmú szénsalakot is tartalmazott, a csapadék hatására a betonban kénessav keletkezik, ami a beton és a betonacél korrózióját okozza. A betonszilárdság csökken, a beton porózussá válik. A betonacélok keresztmetszete a korróziós folyamat során szintén csökken és bekövetkezhet a lemezmező leszakadása. Amennyiben

a

salakadalék

kéntartalmú

szénsalakot

nem

tartalmazott,

a

károsodások

megegyeznek a portlandcement kavicsbetonnal készült lemezével. b) Szilárdságcsökkenés

Bauxitbeton anyagú lemezeknél a bauxitbeton anyaga a levegőben lévő széndioxid hatására átkristályosodik és a folyamat során kezdeti szilárdsága jelentősen lecsökken. Azoknál a bauxitbetonoknál, amelyeknél annak idején a technológiai előírásokat nem tartották be és az előírtnál kisebb szilárdságú betont készítettek, az átkristályosodás miatt a beton jelent6sen csökkent végszilárdsága a függőfolyosó szerkezet teherbírását kedvezőtlenül befolyásolja. Az átkristályosodási folyamat során a beton porózussá válhat, így a betonacélok tapadása is csökken, csapadékra jobban hozzáférhetővé válik. Az így kialakult betonacél korrózió fokozhatja a lemezszerkezet teherbírásának csökkenését.

c) Repedéskárok A függőfolyosók repedéseit okozhatja: -

a betonszilárdság csökkenése miatti teherbírás-csökkenés,

-

a nem megfelelő betonbedolgozás miatt betonfészkesség,

-

kifagyás,

-

betonzsugorodás,

-

hőtágulási mozgások,

-

a vasalás elégtelensége.

A vasalás elégtelenségét jellegzetes repedések jelzik.

Konzolgerendánál: -

a befogásnál a gerendára merőleges felső repedésnél a húzott vasalás elégtelen (veszélyhelyzet!),

-

a befogásnál a gerenda kétoldali ferde repedéseinél nyírási vasalás elégtelen lehet (veszélyhelyzet!).

-

a szerkezeten befogási elégtelenségre utaló károsodások vannak, vagy

-

a szerkezeten elégtelen teherbírásra utaló alakváltozások (repedések, lehajlás) vannak, vagy

-

a

szerkezeti

károsodás

miatt

olyan

mértékű

keresztmetszet-csökkenés,

vagy

szilárdságcsökkenés következett be, ami miatt a teherbírást igazolni szükséges. Az erőtani számításhoz részletes feltárás alapján meghatározott geometria a betonvasalás adatai és szilárdságvizsgálat szükséges. Kőszerkezetű függőfolyosók teherbírása erőtani számítással mértékadóan nem igazolható a szilárdságmérések pontatlansága, szórása miatt.

d) Próbaterhelések Amennyiben a rendelkezésre álló adatokból a vizsgált szerkezet teherbírása nagyobb roncsolás nélkül egyértelműen nem határozható meg, a használati tapasztalatokon alapuló ellenőrzés után, próbaterhelést kell elvégezni az MI 15011 előírásai szerint. Kőszerkezetű függőfolyosók teherbírása a használati tapasztalatok alapján végzett ellenőrző vizsgálatot követő próbaterheléssel határozható meg egyértelműen.

Szerkezetek megerősítése (BMEEOHSASA4)

14. Előadás

A FÜGGŐFOLYOSÓ SZERKEZETEK MINŐSÍTÉSE A szerkezetek a használati tapasztalatok és a szükség szerint elvégzett erőtani számítások, vagy próbaterhelések együttes figyelembevételével kell minősíteni. Ezek alapján a szerkezet:

Megfelelő állapotú lehet, ha -

a konzolbefogások kellő biztonságúak,

-

a konzolszerkezeten lehajlás nem észlelhető,

-

a szerkezet anyaga kellő szilárdságú,

-

a vasbeton szerkezetek nem készültek salakbetonból, vagy bauxitbetonból,

-

az acélszerkezet lényeges korróziós kártól mentes,

-

a korlátok kellő biztonságúak,

-

a szerkezet függőleges terhek hordására, azok szélső terhelési eseteit is figyelembe véve alkalmas, és a vízszintes erők felvétele kellőképpen biztosított.

Tűrhető állapotú lehet, ha -

a szerkezeten teherbírás-csökkenést előidéző repedések, kopások, sérülések nincsenek,

-

a kőszerkezetek húzott oldala nincs berepedve,

-

a konzolbefogások kellő biztonságúak,

-

a konzolszerkezeten alakváltozás (lehajlás, repedés) észlelhető, de ez a szerkezet állékonyságát nem veszélyezteti,

-

a szerkezet anyaga kielégítő szilárdságú,

-

a korróziós károsodás elégtelen teherbírást nem okoz,

-

a korlátbeerősítések még kielégítő biztonságúak,

-

a szerkezet a függőleges terhek hordására, illetve a vízszintes erők felvételére korlátozottan alkalmas, továbbá a szerkezet váratlan tönkremenetele belátható időn belül egyik elemnél sem várható.

Veszélyes állapotú, ha -

a konzolbefogások (akár egy helyen is!) nem biztosítottak, vagy

-

a szerkezet alakváltozása (lehajlás, repedéstágasság) a tűrhetőnél nagyobb és emiatt a szerkezet tönkremenetele várható, vagy

-

a szerkezet anyaga nem kielégítő szilárdságú (mállott, könnyen véshető, porlékony) és emiatt a szerkezet teherbírása a szükségesnél kisebb, vagy

-

a kőszerkezet keresztmetszete a húzott oldalon jelentősen berepedt, illetve átrepedt (akár egy helyen is!), vagy

-

a kőszerkezet homlokfelületén sűrűn kialakult vízszintes repedések vannak, vagy

-

a korróziós károsodás (beton-, illetve acélkorrózió) miatt a szerkezet teherbírása a szükségesnél kisebb, vagy

-

a korlátbekötés nem kellő biztonságú, vagy

-

a szerkezet valamely eleme nem alkalmas a terhek hordására (akár egy helyen is!), vagy

-

a szerkezetnek, vagy a szerkezet egy részének állékonyságvesztése belátható időn belül várható.

Életveszélyes állapotú, ha -

a veszélyes állapotú szerkezetnél a hatékony beavatkozás (pl. kiürítés, dúcolás) azonnali végrehajtásának elmulasztása miatt emberek élete és testi épsége veszélybe kerülhet. Életveszélyes állapot esetén a szakértőnek azonnal intézkednie kell az életveszély elhárításáról.

A FÜGGŐFOLYOSÓK MEGERŐSÍTÉSÉNEK SZEMPONTJAI A számbavehető megerősítési megoldások kiválasztásánál az alábbi lehetőségeket lehet figyelembe venni: -

a szerkezet működési feltételeinek kedvezőbbé tétele,

-

a terhelés felvétele új szerkezettel (együttdolgozó, vagy külön működő megerősítési mód),

-

a megerősítés lehetősége a forgalom biztosításával, vagy a közlekedés ideiglenes megszüntetésével.

A megerősítés módjáról, vagy a szükség szerinti bontásról (csere) a műszaki lehetőségeken kívül a gazdaságosság és az épület tervezett élettartamának figyelembevételével kell dönteni.

Bontás robbantással A) A ROBBANTÁSRÓL ÁLTALÁBAN A robbantás az a bontási eljárás, amelynek során a szerkezetek statikai egyensúlyának megbontását és ezáltal helyükről való elmozdulásukat, leesésüket és feldarabolódásukat robbantási energiával érjük el. A robbantási energiát a robbanóanyagok fejtik ki. A robbantást az építőiparban a múlt század vége óta kezdték tervszerűen alkalmazni. A robbanóerőt először az útépítésben, a természeti alakulatok (dombok stb.) átalakítására, később az alagútépítésben majd az épületek alapgödreinek kiemelésére, tuskórobbantásra használták fel. A vegyipar és az elméleti kémia fejlődése új robbanóanyagok megjelenését eredményezte, az I. és II. világháború haditechnikai tapasztalatai pedig a robbantások számítási és méretezési kérdéseinek kidolgozásában jelentettek fejlődést. Napjainkban a robbantást az ipar szinte minden ágában

(bányászatban,

alkalmazzák,

hatása

építőiparban,

pontosan

kohászatban,

számítható,

a

gépiparban,

biztonsági

mezőgazdaságban

előírások

szigorú

stb.)

betartásával

veszélytelennek mondható eljárássá vált. Épületbontás robbantással a II. világháború után terjedt el, mégpedig a háborús romok eltakarításához, majd pedig a világszerte meginduló városépítési, szanálási, főleg tömeges épületbontásokhoz. Az épületek tömeges és teljes robbantásos bontása hazánkban 1960-1980 között volt jelentős. Ezt követően az ipari és a városépítési szanálások csökkenésével a rekonstrukciós robbantások kerültek előtérbe. A rekonstrukciós robbantások során csak egyes épületeket távolítanak el (pl. tömbrehabilitáció során), vagy csak egyes üzemépületek részeit bontják el, vagy szerkezeti áttöréseket végeznek robbantással, vagy régi alapokat számolnak fel.

1. A ROBBANÁS ÉS A ROBBANTÓANYAGOK FOGALMA

Robbanásnak az oxigénnek különböző hidrogén-, nitrogén-, szénvegyületekkel stb. adott feltételek melletti gyors vegyi egyesülését nevezzük. A gyors kémiai változások közben hatalmas gáz- és hőmennyiségek keletkeznek. Ha ezek kis zárt térben (pl. a robbantólyukban) keletkeznek, óriási feszítő erőt gyakorolnak igen rövid idő alatt a zárt tér falaira, azokat szétfeszíthetik, szétrobbanthatják. A gyors vegyi változást, robbanást általában különleges külső energia indítja meg (ez az indítás az iniciálás).

A robbantásban közreműködő eszközöket robbantóanyagoknak nevezzük (robbanóanyagok és robbanószerek).

Robbanóanyag az az anyag, amelyben külső energiaközlés hatására az oxigén és más vegyületek gyorsan egyesülnek, és ezzel feszítő, romboló munkát végeznek. A robbanóanyagok robbanását detonációnak is nevezik.

Robbantószer az a közvetítő szer, eszköz vagy anyag (pl. gyutacs, gyújtózsinór, robbanózsinór stb.), amely a robbanóanyagban a robbanást, a detonációt közvetve vagy közvetlenül kiváltja.

Robbantástechnikai szükségesek.

eszközök

Ezek:

a

gyutacsfogók,

detonáció villamos

elősegítéséhez,

vezetékek,

megvalósításához

robbantógépek,

szintén

szigetelőszalagok,

összekötő elemek stb.

2. A ROBBANÓANYAGOKRÓL A detonáció sebessége (az oxigénnel való gyors egyesülés ideje) szerint megkülönböztetünk lassú égésű (1000 m/s) és gyors égésű (1000-9000 m/s) brizáns robbanóanyagokat. Más meghatározások szerint van lobbanás (néhány m/s), robbanás (több ezer m/s) és detonáció (1000-9000 m/s). A detonációs sebesség ismeretének a robbanás továbbterjedésével összefüggő méretezések esetében van nagy jelentősége. A

brizancia-szám

a

robbanóanyagokra

jellemző

érték,

az

időegység

alatt

fejlesztett

gázmennyiségtől, a detonációs sebességtől és a robbanóanyag tömegétől, a detonációs sebességtől és a robbanóanyag tömegétől, sűrűségétől függ, és megadja az elméleti munkavégző képességet (pl. trotilféleségeknél ~ 3040 kJ/kg robbanóanyag). Ezt az elméleti értéket azonban a gyakorlatban ritkán érjük el, mert a robbanóanyagok elhelyezésénél, a robbantást előidéző energia közlésénél a laboratóriumi körülmények nem állíthatók elő. A gyakorlatban kis, közepes és nagy munkavégző képességű robbanóanyagokat különböztethetünk meg. A robbanóanyagok biztonságos kezelésének, szállításának elengedhetetlen feltétele bizonyos kezelési biztonság, amely azt jelenti, hogy az anyag tulajdonságai szerint csak előírt nagyságú fizikai-kémiai energiaközlés hatására okozhat robbanást (a nitroglicerin pl. kis rázkódásra is robban). Követelmény azonban az is, hogy a robbanóanyagok egyben olyan érzékenyek legyenek, hogy a robbanás indítása ne járjon túl nagy energiaigénnyel. A kezelési biztonságot és az

érzékenységet együttesen a centiméterben mért ütésérzékenység szerint ítéljük meg. Az ütésérzékenységet a robbanóanyagra leejtett 2 kg tömegű kalapácsnak a robbanás kiváltásához szükséges ejtési magassága adja meg.

A robbanóanyagok fajtái

1 kg robbanóanyag Megnevezés

robbanási munkavégzése, kJ

Detonációsebesség m/s

Érzékenység , cm

Fekete lőpor

2750

400

45

Nitroglicerin

6300

7600

6

Dinamitok

4700-5900

5600-7200

25-30

Paxitok (por alakú)

3950-4200

3500-4000

40

Trinitro-toluol (TNT)

5100

6900

50

Ólom-azid

-

5400

8-10

(gyutacsban) Az érzékenységet 2 kg tömegű kalapács δ ejtési magassága adja meg akkor, ha az robbanást okoz.

ROBBANTÓTÖLTET ELHELYEZÉSE ÉS ROBBANÁSI HATÁSA

A robbanótöltetek különböző elhelyezési módjainak elhelyezési vázlata a) szabadon felfüggesztett, b) felfektetett, c) fúrt lyukban elhelyezett töltet

A robbanási hatások és a robbanási (kúpok) tölcsérek kialakítása

a) axonometrikus vázlat; R a robbanótöltet elméleti hatósugara; r a robbanási tölcsér sugara; w a robbanási tölcsér mélysége, b) normál-, c) túlméretezett: d) alulméretezett töltet

A töltet robbanóereje a robbantásra kerülő szerkezet anyagában is csaknem gömb alakban terjed. A robbanóerő hatásgömbjének sugarát R-rel jelöljük. Amennyiben a töltet a robbantandó szerkezetben mélyebben fekszik, mint az R sugár, a robbanóerő nem töri át a szerkezetet (a töltet gyenge). Ha a töltet robbanóerejének hatásgömbje erősen „kilép" a szerkezetből, a töltet túlméretezett. A cél az, hogy a töltet olyan mélységben legyen, hogy az R sugár éppen elérje, vagy csak kevéssel lépje túl a szerkezet anyagának határát. A szerkezet azonban rendszerint nem minden irányban azonos méretűi. A robbanóerő pedig a legkisebb ellenállás - általában a fúrólyuk és a szerkezet legkisebb keresztmetszete - felé hat, és az anyagból kúpot, ún. robbantási tölcsért hasít ki. Ha a robbanási kúp mélysége w, a kúp alapkörének sugara r, a helyesen méretezett normáltöltet esetében r = w. Túlméretezett töltetről beszélünk, ha r > w, alulméretezettről (hegyesszögű), ha r<w . A robbanási hatások és kúpok ismerete a méretezés során azért fontos, mert rendszerint nem egy töltetet robbantunk egyszerre. Falrobbantáskor a fal hosszában egyszerre több töltetet kell felrobbantani. A fal akkor fog eldőlni, ha egyrészt a hatásgömbök R sugara metszi egymást, másrészt az r tölcsérsugarak is átfednek, végül a tölcsér w mélysége is akkora, hogy a fal ép része már nem bírja el a terhet. Ha nem így járunk el, az r tölcsérsugarak között „bordák" maradnak, amelyek a fal megmaradt (D-w) részével megakadályozzák az eldőlést, és így veszélyes, labilis állapot keletkezik.

Alulméretezett töltet a falrobbantásnál labilis helyzetet idézhet elő.

A tölteteket az építőiparban alaki elrendezésük szerint a következő fő csoportokba sorolhatjuk. Összpontosított töltet. A robbanóanyagok általában gyári egységekben (25, 50, 100, 200 g-os darabok) kerülnek forgalomba. Az egységeken a gyutacs számára nyílás van. A gyakorlatban egy egység rendszerint nem fejti ki a kívánt és számított robbanóerőt. Ezért sűrűn előfordul, hogy nem egy, hanem több gyári egységet kell egytűzben - egyszerre, egy helyen - felrobbantani. Ez az összpontosított töltet (hatása közel gömb jellegű). Nyújtott töltet. A hosszú, fúrt lyukban elhelyezett, rövid alakú töltet ellipszis, esetleg ellipszoid alakú hatást fejt ki: hossztengelye irányában repeszt, hosszú, vékony tölcsért dob ki. Nyújtott, összpontosított töltet. Ez átmenet az előbbi két töltettípus között. Vastag, hosszú, kemény anyagú szerkezetben alkalmazása előnyös lehet (az építőiparban ritkán használják).

Megszakított (légréses stb.) töltet. A túlzott romboló hatás csökkentésére, „simább" bontás céljaira alkalmazható.

A töltetek alaki elrendezési típusai a) összpontosított, b) nyújtott c) nyújtott-összpontosított, d) megszakított töltet

A ROBBANÓERŐ HATÁSÁNAK ERŐTANI KÉRDÉSEI

A robbanás során a robbanóerő hatásgömbjének minden cm2 -én nyomás (feszítőerő) keletkezik. A nyomóerő különféle módon hat a szerkezetekre.

Vízszintes

irányú

fúrólyukban

elhelyezett

töltet

heterogén anyagú szerkezetben (pl. téglafalban). Az erőjáték

módosul,

mert

a

szerkezet

anyagainak

szilárdsága eltérő. A tölcsér egyenetlen felületű aszerint, hogy a szerkezet különböző elemei milyen ellenállást tanúsítottak. Vízszintes irányú fúrólyuk esetén felhasználhatjuk az erőtanból ismert forgatónyomaték - billenés, forgatás elvét. Ha a felrobbantandó fal vastagsága D, a Q faltömegerő hatásvonala D/2-ben van, és a töltetet maximális

fojtással

D/8-ban

helyezzük

el

olyan

mennyiségben, hogy R maximálisan w= D, vagy 9/10 D, akkor a falban a robbanási tölcsér kivágódása után megközelítően QD/2 billentőnyomaték keletkezik, és a fal a töltet irányában eldől (a D/8 távolság a töltet középpontjára vonatkozik).

Ferde irányú fúrólyukban elhelyezett töltet Tételezzük fel, hogy a falszerkezetben a vízszintessel α=45o szöget bezáró fúrólyukat létesítünk. Ebben az esetben a Q faltömegerő a robbanási tölcsér kivágásakor komponensével ,,segíti” a robbantóerőnek, és „lecsúszik". Így kisebb robbanási energia (kisebb töltettömeg) szükséges. A Q faltömegerő Qcosα nagyságú összetevője elősegíti, hogy a fal a fúrólyuk síkja mentén lecsússzon, a Qsinλ komponens pedig a fúrólyuksíkhoz tapasztaná a falat, de a falélig ható ~3/4 Dsinα Q nyomaték billenést okozva eldönti a falat.

Kibicsaklás előidézése robbantással A terhelt, befogott, függőleges szerkezetben (oszlop, pillér) kifejtett robbanóerő egyrészt megszünteti a szerkezet folytonosságát (áttöri a szerkezetet), másrészt a kihajlás következtében a terhelőerő egyre inkább külpontossá válik és elősegíti a leszakadást.

TÖLTETSZÁMÍTÁSI ALAPKÉPLETEK A töltetek - és végeredményben a bontáshoz szükséges összes robbanóanyag -mennyiségét méretezni kell. A robbanóanyag mennyisége elsősorban a robbanóanyag fajlagos robbanási energiájától és a robbantandó anyag szilárdságától függ. A méretezési képletek, amelyek általában a robbanáselmélet alapján és tapasztalati, kísérleti adatokból születtek meg, robbantási alapesetekre vonatkoznak (pl. fagerenda robbantása). A gyakorlatban igen sok képlet, képletcsoport és számítási mód ismeretes, itt csak egyik típusát mutatjuk be:

Faoszlop és -gerenda robbantása A robbantást szabadon felfektetett töltettel és fúrt lyukban elhelyezett töltettel végezhetjük el. Szabadon felfektetett töltet számítása: a) gömbfánál:

L = D2;

b) gerendánál:

L = a2;

ahol L a közepes hatóerejű robbanóanyagból álló töltet mennyisége, g: D az oszlop átmérője, cm; a a gerenda legnagyobb oldalmérete, cm.

Faszerkezetek robbantásának méretezése Töltet: g; cm (legnagyobb oldalmagasság vagy átmérő) a) szabadon felfektetett töltet gömbfánál, b) gerendánál, c) fúrt lyukban elhelyezett töltet gömbfánál

Példa: 30 cm átmérőjű faoszlop robbantásához D2 = 302 = 900 g dinamit kell robbanóanyag szükséges. Ha 100 g-os gyári egységeink vannak, 9 db-ot helyezünk el egy vagy két sorban az oszlop egyik oldalán.

Fémszerkezetek robbantásának méretezése

Vasgerenda robbantása A vasgerendákban fúrt lyukban elhelyezett tölteteket nehéz lenne kialakítani (esetleg a szekrényes tartók belsejében). Ezért szabadon felfektetett, a vasgerenda alakjához simuló töltet elnyíró hatását használjuk fel. A tölteteket fadarabokkal merevítve, kötéllel, vashuzallal erősítik a vasgerenda egyik oldalára.

A vasgerenda-robbantás képlete:

L =AK ahol L a közepes hatóerejű robbanóanyag töltetmennyisége, g; A az átütendő keresztmetszet területe, cm2 (építőipari táblázatban megtalálható); K tényező a robbanóanyag-féleségtől és a szerkezet méretétől függő táblázati érték. Ha a szerkezet (lemez) vastagsága <4 cm, K = 25, ha a vastagság >4 cm, K= 50, más esetekben 75 is lehet. Pl. egy I 30-as acélgerenda elnyírásához 70 cm2 * 25 = 1750 g robbanóanyag szükséges. Szekrényes tartók belsejében elhelyezett töltet esetében a vasgerenda-robbantásnál számított töltet fele elégséges.

Felmenő téglafal és betonfal robbantása Többféle képlet ismeretes a fal jellegétől, a fúrólyuk elhelyezésétől stb. függően. Jól használható, összefoglaló képlet vízszintes fúrólyukhoz és elrendezéshez L = w3 K ahol L a közepes hatóerejű robbanóanyagból szükséges töltet mennyisége, kg; w a robbanási tölcsér (kúp) mélysége, m; (normál összpontosított töltetnél egyben a tölcsérkúp talpkörének sugara is); K tényező a fojtástól, a fal jellegétől, a robbanóanyag fajtájától függ, 6-12 között változik (táblázati adat).

Falazatrobbantás vízszintesen elhelyezett töltetekkel

Példa: Födémmel vagy áthidalóval terhelt, javított mészhabarcsba rakott, 0,64 m vastag téglafal robbantásához szükséges töltet mennyiségét a következő módon számíthatjuk ki, ha feltételezzük, hogy a fúrt lyukban agyagfojtást alkalmazunk:

L = W3 K, w = 0,64 / 2 = 0,32 A gyakorlatban K két táblázat érték szorzatából adódik, K = K1K2, ahol K1 a falterheléstől függ (ha w = 3,0 m, K1 = 3 terhelt fal esetén. Ha w = 0,80 m, K1 = 7,5 terhelt fal esetén); K2 a fojtástól, a töltetelrendezéstől függ, értéke 1-6 között változhat, de leginkább 1,25 K értéket vegyük fel. K1K2= 7,5 * 1,25 = 9,4 Így L = 0,323 * 9,4 = 0,30 kg, azaz töltethelyenként 300 g robbanóanyagot kell elhelyeznünk (3 db 100 g-os gyári egység).

Vasbeton szerkezet (oszlop, fal) robbantása A bontás legnehezebb, igen munkaigényes feladata a vasbeton szerkezetek bontása, amely még légkalapácsokkal is lassan végezhető. A vasbeton szerkezetek robbantási méretezésekor arra kell törekedni, hogy ne csak a beton, hanem a vasbetétek is elszakadjanak. A betonköpenytől megfosztott vasak utólagos elvágása a beton eltávolítása miatt elállott labilis szerkezet miatt igen veszélyes feladat. Előfordulhat azonban, hogy a szerkezet eldöntésére elegendő a beton kirobbantása, és az eldőlt szerkezet további darabolása már kényelmesebben, a földön folyhat tovább. A daraboláshoz pedig - ha a környezet nagyobb töltetek robbanási hatása miatt veszélybe kerülne - elégséges a kisebb töltetekkel végezhető repesztés is. A vasbeton szerkezetek sokféle megjelenési formája ellenére is néhány alapképlet alakult ki, amelyek téglaépítmények robbantásához is felhasználhatók, ha w > 0,5 m. Vasbeton oszlop, fal elvágó robbantása max. 70 cm vastagságig a következő képlettel számítható: 2

1 ⎞ ⎛ L = ⎜w + ⋅ w⎟ ⋅ K 6 ⎠ ⎝

ahol L a töltet nagysága, kg; w általában 3/4 D-nek vehető, m; D az átütendő keresztmetszet, m; K tényező (táblázati érték) 0,4-0,8 között változik. Példa. Egy 0,4 x 0,4 vasbeton oszlop robbantásához (teljes elvágásához) szükséges, robbanóanyag mennyisége: L = (0,40 + 0,07)2 * 0,5 = 0,11 kg (biztonságból egy 100 és egy 50 g-os gyári egységet használunk).

Vasbeton pillér robbantásának méretezése; a vasakat célszerű előzőleg elvágni

Az összetett szerkezetű épületek robbantásához a következő képleteket használhatjuk: Zárt (eltorlaszolt nyílású) épületek teljes robbantásának képlete: 3

1 ⎞ ⎛ L = ⎜w + ⋅ w⎟ ⋅ K 6 ⎝ ⎠

ahol L a töltethez szükséges közepes hatóerejű robbanóanyag, kg; w a külső fal vastagságának 80%-a, azaz 0,8 D, m; K tényező értékének számítását lásd a korábban, a felmenő téglafalra vonatkozó K1 és K2 tényezőknél.

TELJES ÉPÍTMÉNYROBBANTÁS A teljes építményrobbantást kisebb objektumoknál központos töltettel, de nagyobb épületeknél leginkább késleltetett robbantással, töltetek nagyszámú sorozatával hajthatjuk végre. Az eljárásmódok kiválasztását az épület szerkezeti jellege és a környezet elrendezése, ill. biztonsági követelményei határozzák meg. A döntés irányítását a legegyszerűbben a gyárkéményrobbantás példáján szemlélhetjük. Ha a kémény összeomlását akarjuk előidézni, akkor a keresztmetszetben szimmetrikus elrendezésben (az egyik tengely irányában) helyezzük el a tölteteket. Míg az eldöntés esetében a kémény egyik felébe nem kerül töltet, az eldőlési irány felőli oldalon egyre nagyobbodó adagokat helyezünk el. A tölteteket rendszerint kívülről fúrt kamrákba tesszük be.

Gyárkéményrobbantás töltet-elhelyezési módjai

Falrobbantás vízszintes irányzású, ék alakú töltetelrendezéssel (nyújtott töltetek)

Robbantási ék elrendezése