Csőanyag, csőstatikai ismeretek BME Vízi Közmű és Környezetmérnöki Tanszék
Csövek csoportosítása Anyaga szerint
fémes anyagú anyagú, cement kö kötőanyagú anyagú, kerá kerámia és, műanyag csö csöveket
Falszerkezet kialakí kialakítása szerint
homogé homogén, bordá bordás, üreges és különbö nböző anyagokbó anyagokból – rétegekbő tegekből – álló lló vegyes
Gyá Gyártá rtási helye szerint
helyszí helyszíni elő előre gyá gyártott
Csőkötések csoportosítása A cső csőkötés anyaga szerint
a cső cső anyagá anyagával homogé homogén és elté eltérő anyagú anyagú
Statikai szempontbó szempontból
felnyí felnyíló kötésű (pl.:tokos, cső csőbilincs) húzóerő erő felvé felvételé telére alkalmas (pl.: hegesztett, menetes, karimá karimás… )
Gravitációs csövek Alkalmazott csőanyagok:
Öntö ntöttvas cső cső Kőagyag Beton, vasbeton Azbesztcement Műanyag (PVC, PP, PE, mű műgyanta kö kötőanyagú anyagú)
Gravitációs csövek / öntöttvas cső / Elő Előny:
Hosszú Hosszú élettartam (megfelelő (megfelelő korró korrózió zióvédelemmel) Jó idomellá idomellátottsá tottság Egyszerű Egyszerű kötéstechnika
Hátrá trány:
Megfelelő Megfelelő védelem né nélkü lkül korró korrózió zióra hajlamos, Drá Drága, Viszonylag nehé nehéz cső csőanyag,
Kötéstí stípusai:
Tokos, Könnyű nnyű, vagy masszí masszív cső csőbilincs
Gravitációs csövek / öntöttvas cső /
Tyton tok
Masszív csőbilincs /Straub/
Gravitációs csövek / kőagyag cső mázas, mázatlan/ Elő Előny:
Hosszú Hosszú élettartam, Jó korró korrózió zió álló llóság Kis cső csőfal érdessé rdesség (má (mázas csö csövekné veknél)
Hátrá trány:
Speciá Speciális megmunká megmunkáló szerszá szerszámok szü szüksé kségesek (vá (vágás, csatlakozá csatlakozások kialakí kialakítása) Drá Drága, Viszonylag nehé nehéz cső csőanyag, Precí Precíz, szakké szakképzett építést igé igényel (kö (körülbetonozá lbetonozás)
Kötéstí stípusai:
Tokos, Kóracé racél tokkal
Gravitációs csövek / kőagyag cső /
Gravitációs csövek / Beton, vasbeton / Elő Előny:
Hosszú Hosszú élettartam (kö (környezetnek megfelelő megfelelő korró korrózió zióvédelem eseté esetén), Jó teherbí teherbíró képessé pesség, Nagy átmé tmérőben építhető thető
Hátrá trány:
Korró Korrózió zió érzé rzékenysé kenység (cementkő (cementkő) Speciá Speciális megmunká megmunkáló szerszá szerszámok szü szüksé kségesek (vá (vágás, csatlakozá csatlakozások kialakí kialakítása) Drá Drága építés, gé gépigé pigény miatt, Viszonylag nehé nehéz cső csőanyag, Precí Precíz, szakké szakképzett építést igé igényel aljzat, ágyazat, illetve csatlakozá csatlakozások kialakí kialakítása Nagyobb átmé tmérőtartomá tartományban versenyké versenyképes
Kötéstí stípusai:
Tokos
Gravitációs csövek / Beton, vasbeton /
Gravitációs csövek / Beton, vasbeton /
4.2.3.1. ábra: Beton- és vasbeton csövek, illetve aknaelemek vízzáró kötései: a.) gördülő gumigyűrű, b.) ellapuló gumigyűrű, c.) ékes gumitömítés, d.) ékes aknaelem tömítés, e.) kettős ékes aknaelem tömítés, f.) keskeny csapos cellás gumiprofil, g.) széles csapos cellás gumiprofil, h.) keskeny csapos cellás gumiprofil aknához
Gravitációs csövek / Azbesztcement / Elő Előny:
Hosszú Hosszú élettartam (kö (környezetnek megfelelő megfelelő korró korrózió zióvédelem eseté esetén), Gyá Gyártá rtási eljá eljárásbó sból adó adódóan sima belső belső felü felület Viszonylag kö könnyű nnyű cső csőanyag Nagy átmé tmérőtartomá tartomány Egyszerű Egyszerű cső csőkötés technika
Hátrá trány:
Korró Korrózió zió érzé rzékenysé kenység (cementkő (cementkő) Nem megfelelő megfelelő munkavé munkavégzé gzés mellett egé egészsé szségká gkárosí rosító Elmozdulá Elmozdulásokra érzé rzékeny
Kötéstí stípusai:
Tokos Reka Simplex Gibault (ritka, inká inkább javí javításokkor)
Gravitációs csövek / Azbesztcement / Gibault kötés
Simplex kötés
Reka kötés
Gravitációs csövek / Műanyag csövek/ Anyaguk szerint csoportosí csoportosítva:
Hőre lá lágyuló gyuló:
PE polietilé polietilén (ré (régen KPE) PVC polivinilklorid PP polipropilé polipropilén Műgyanta (Ü (ÜPE)
Hőre kemé keményedő nyedő:
Műgyanta
Gravitációs csövek / Műanyag csövek/ Hőre lágyuló műanyag csövek alkalmazási hőmérséklet tartományai: PP KPE PVC -4 0
-3 0
-2 0
-1 0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
hőmérséklet [ oC]
Gravitációs csövek / Műanyag csövek/ Elő Előny:
Könnyű nnyű cső csőanyag Sima belső belső felü felület Egyszerű Egyszerű cső csőkötés technika (tokos, karmantyú karmantyús csö csövekné veknél) Könnyen megmunká megmunkálható lható Viszonylag olcsó olcsó
Hátrá trány:
Gondos építést, ágyazá gyazást igé igényel Körültekintő ltekintő tárolá rolást igé igényel Napsugá Napsugárzá rzás, hő hő károsí rosítja Idő Idővel fizikai tulajdoná tulajdonágai vá változnak
Gravitációs csövek / Műanyag csövek/
Gravitációs csövek / Műanyag csövek/ Kötéstí stípusai:
Tokos, karmantyú karmantyú (PVC, KGKG-PVC, ÜPE)
Hegesztett (PE)
Gyorskö Gyorskötő (PE)
Acé Acél mandzsetta (Ü (ÜPE)
Gravitációs csövek / Műanyag csövek/
Nyomócsövek Alkalmazott cső csőanyagok:
öntö ntöttvas (lemezgrafitos, gö gömbgrafitos),
acé acél,
vasbeton,
műanyag,
azbesztcement (má (már nem lehet építeni)
Nyomá Nyomásfokozat megá megállapí llapítása (Kazá (Kazán formula):
σv =
P dm ⋅ 10 2e
Nyomócsövek /öntöttvas/ Leggyakrabban alkalmazott kü külső lső, belső belső korró korrózió zióvédelem anyagai:
Polietilé Polietilén Cementhabarcs Poliuretá Poliuretán Cink Bitumen
Kötéstí stípusai:
Tokos Húzásbiztosí sbiztosított tok Karimá Karimás (idomokná (idomoknál)
Nyomócsövek /acél/ Leggyakrabban alkalmazott kü külső lső, belső belső korró korrózió zióvédelem anyagai:
Polietilé Polietilén Cementhabarcs Poliuretá Poliuretán Cink Bitumen Horgany
Kötéstí stípusai:
Tokos Húzásbiztosí sbiztosított tok Karimá Karimás (idomokná (idomoknál) Hegesztett Menetes (kis átmé tmérő tartomá tartományban)
Nyomócsövek /Műanyag csövek/ Anyaguk szerint csoportosí csoportosítva:
PE (80, 100)
KMKM-PVC
ÜPE
Nyomócsövek /Műanyag csövek/ Kötésmó smódjuk:
Hegesztett (PE)
Gyorskö Gyorskötő (PE, KMKM-PVC)
Tokos (KM(KM-PVC, PE)
Karima (szerelvé (szerelvényekné nyeknél)
Nyomócsövek /Műanyag csövek/
4.3.4.7.ábra: PE csőkötéstechnikák: a.) tokos (rövid és hosszú), b.) alumínium feszítőcsatos gyorskötő, c.) lazakarimás hegesztőtoldatos, d.) fűtőszálas – elektromos – hegesztő idom, e.) tompahegesztés, f.) extrudációs hegesztés (nyomó-csöveknél nem javasolt)
A STATIKA ÉS A CSŐ CSŐSTATIKA KÜ KÜLÖNBÖ NBÖZŐSÉGEI
A STATIKA …
és A CSŐSTATIKA …
A CSŐ CSŐ- és a TALAJ KÖ KÖLCSÖ LCSÖNHATÁ NHATÁSA
SZÁ SZÁMSZERŰ MSZERŰSÍTÉS: VOELLMY Voellmy a teherviselő teherviselő rendszer – a cső cső és a talaj – alakvá alakváltozá ltozását viszonyí viszonyította egymá egymáshoz. A Voellmy korá korában ismert és alkalmazott alakvá alakváltozá ltozási egyenletek felí felírásával – egyszerű egyszerűsítés és átrendezé trendezés utá után – adó adódik a klasszikus VoellmyVoellmy-képlet alakja:
E talaj rk n= ⋅ E cső s
3
ahol: n Etalaj Ecső cső s rk
-
a rendszermerevsé rendszermerevségi mutató mutatószá szám a talaj összenyomó sszenyomódási modulusa a cső cső rugalmassá rugalmassági modulusa a cső cső falvastagsá falvastagsága a cső cső középsugara
Voellmy rendszerezé rendszerezési elve ké képezi a cső csőstatika alapjá alapját.
CSŐ CSŐANYAGOK „E” MODLUSÁ MODLUSÁNAK TÁ TÁJÉKOZTATÓ KOZTATÓ ÉRTÉ RTÉKEI
CSŐANYAG
„E” RUGALMASSÁGI MODULUS [N/mm2] E0
ÜPE PE 80 PVC
Eh 10 000
5 000
690
200
3 200
1 400
Öntöttvas
170 000
Beton
30 000
Szálerősítésű cement
20 000
Kőagyag
50 000 PVC cső csőanyag feszü feszültsé ltség-fajlagos megnyú megnyúlás izokron gö görbé rbéi. (Megjegyzé (Megjegyzések: hú húzási sebessé sebesség: 5mm/perc, h=ó h=óra és a vizsgá vizsgálati hő hőmérsé rséklet 20 °C)
Hőre lá lágyuló gyuló műanyag csö csövek élettartamá lettartamát befolyá befolyásoló soló tényező nyezők Csö Csökkentő kkentő tényező nyezők Hőmérsé rséklet Terhelé Terhelés Összefü sszefüggé ggés (Arrhenius formula)
lg t = A +
B C + lg σ T T
A CSŐ CSŐFAL KIALAKÍ KIALAKÍTÁSÁNAK PROBLÉ PROBLÉMÁI
Műanyag csö csövek jellemző jellemző jelö jelölései Szabvá Szabványos mé méretará retarány (SDR) SDR =
dn en
Cső Csősorozat (S) S=
SDR − 1 2
Gyű Gyűrűmerevsé merevség (SN) a 3%3%-os alakvá alakváltozá ltozáshoz tartozó tartozó éltö ltörőteher érté rtéke SN =
EI 3 dn
ahol: dn - névleges átmé tmérő
en - névleges falvastagsá falvastagság I - inercia nyomaté nyomaték E - rugalmassá rugalmassági modulus
Talajok tulajdonsá tulajdonságai Talaj 3 fá fázisú zisú közeg, amely alapvető alapvetően meghatá meghatározza terhelé terhelés hatá hatására az alakvá alakváltozá ltozásokat, amely fü függ: Terhelé Terhelés
nagysá nagyságától,
idejé idejétől Talaj
tí típusá pusától, állapotá llapotától (hé (hézagté zagtényező nyező, ví víztartalom) Hooke tö törvé rvény talajokra csak korlá korlátozott mé mérté rtékben érvé rvényes!!!
Talajná Talajnál összenyomó sszenyomódási modulust haszná használunk rugalmassá rugalmassági modulus helyett
TALAJOK „E” MODULUSA TALAJFAJTA jele
megnevezése
γ TÉRFOGATRFOGATTÖMEG [kNm-3]
φ BELSŐ BELSŐ SÚRLÓ RLÓDÁSI SZÖ SZÖG
Et ÖSSZENYOMÓ SSZENYOMÓDÁSI MODULUS a Trγ függvé é nyé ggv nyében [Nmm-2] 85%
90%
92%
95%
97%
100%
1.
Kavics, murva
20,0
35
2,5
6,0
9,0
16,0
23,0
40,0
2.
Homok
20,0
32,5
1,2
3,0
4,0
8,0
11,0
20,0
3.
Kötött, vegyes
20,0
25
0,8
2,0
3,0
5,0
8,0
14,0
4.
Kötött
20,0
20
0,6
1,5
2,0
4,0
6,0
10,0
Talajok tulajdonsá tulajdonságai Tervezé Tervezéshez (cső (csőanyag kivá kiválasztá lasztás, erő erőtani szá számítás, ducolá ducolás, ví víztelení ztelenítés) szü szüksé kséges alapadatok Kohé Kohézió zió Belső Belső
súrló rlódási szö szög
Fajsú Fajsúly Szemeloszlá Szemeloszlási
gö görbe
Hézagté zagtényező nyező Relatí Relatív
tö tömörsé rség ví í ztartalom tö v tömörítéshez Talajví Talajvíz szintje Optimá Optimális
Talajok tulajdonsá tulajdonságai Szemeloszlá Szemeloszlási gö görbe görgeteg
kavics
homok
homokliszt
iszap
agyag
80
tömegszázalék
S
%
100
60
40
20
0 1000
200
100
10
2
1
0,1
szemcseátmérő
0,02 0,01
D mm
0,002 0,001
0,0001
Talajok tulajdonsá tulajdonságai Talaj egyenlő egyenlőtlensé tlenségi mutató mutatója
U=
d 60 d10
U kicsi meredek szemeloszlá szemeloszlási gö görbé rbét jelent, laza folyó folyósodá sodásra hajlamos talaj, kevé kevésbé sbé tömör Jó ágyazati anyag ismé ismérvei, az egyenletes szemeloszlá szemeloszlás (U>5), ilyen talajtí talajtípusok
Homokos kavics Kavicsos homok Homok (agyag, iszap tartalom <10%)
Termett talaj és ágyazat összehangolá sszehangolása Alap problé probléma
Et ' = α ⋅ Et α=
1 0,4 + 0,6 ⋅
Et Ett
Az összehangolá sszehangolás akkor megfelelő megfelelő ha 0,70<α 0,70<α<1,20
MÓDOSÍ DOSÍTOTT VOELLMYVOELLMY-KÉPLET és KRITÉ KRITÉRIUM Voellmy mó módosí dosított ké képlete (az alakvá alakváltozá ltozási képletek finomí finomítása nyomá nyomán):
n=
2 E cső s ⋅ ⋅ 3 E talaj D − s
3
A ké képlet té tényező nyezői: n Ecső cső Etalaj s D
-
rendszermerevsé rendszermerevség cső cső rugalmassá rugalmassági modulusa talaj összenyomó sszenyomódási modulusa cső cső falvastagsá falvastagsága (ú (új jelö jelölés szerint: e) cső cső külső lső átmé tmérője (ú (új jelö jelölés szerint: DN)
A mó módosí dosított ké képlethez rendelt krité kritériumok:
n ≈ 0,083
n < 0,083
n > 0,083
az átmeneti kategória
a cső rugalmas a környező talajhoz képest
a cső merev a környező talajhoz képest
AZ ERŐ ERŐTANI TERVEZÉ TERVEZÉS KRITÉ KRITÉRIUMAI JELLEMZŐ JELLEMZŐK
TEHERVISELŐ ÁGYAZAT MINŐSÉGE MUNKAÁROK BEFOLYÁSA A TERHELÉSRE (méret és alak) ERŐTANI TERVEZÉS
CSŐFAJTA (általában)
CSŐ CSŐKATEGÓ KATEGÓRIA (Voellmy szerint) merev n > 0,083
átmeneti n = 0,083
rugalmas n < 0,083
csak a cső
cső + talaj
talaj + cső
nem meghatározó
közepesen fontos
meghatározó
közepesen fontos
nem meghatározó
Feszültségre *
Feszültségre és alakváltozásra **
Alakváltozásra és stabilitásra
beton, ö.v., kőagyag, ac, acél
acél, ac vastagfalú: PE, PVC, PP bordázott falszerkezetű PVC vastagfalú rétegelt csövek
sima- és vékonyfalú: PVC, PE, PP acél, ÜPE (GFK)
meghatározó töltés állapot
árok állapot
MEGJEGYZÉSEK: Méretezés: * kereszt- és hosszirányban, ** a feszültségvizsgálatok elsősorban keresztirányban szükségesek A műanyag csövek hosszirányú méretezésének szükségességét egyedileg kell elbírálni. Az átmeneti tartományba tartozónak kell tekinteni azokat az eseteket, ha „n” értéke a küszöbszámot (0,083) alulról, vagy felülről közelíti.
Földbe fektetett csö csövekre ható ható terhek
Földteher
Felszí Felszíni terhek (á (állandó llandó, já jármű rmű, stb)
Talajví Talajvíz nyomá nyomás
Cső Cső önsú nsúlya *
Szá Szállí llított anyag sú súlya*
Nyomá Nyomás/vá s/vákuum
Tranziens jelensé jelenségek
Hőmérsé rséklet vá változá ltozás
* Önsú nsúly terheket DN 600600-ig elhanyagolható elhanyagolható, mű műanyag csö csövekné veknél DN1000DN1000-ig, ha nem tö többré bbrétegű tegű takaré takaréküreges
TERHELÉ TERHELÉSEK - FÖLDTEHER Rugalmas csö csövekre ható ható függő ggőleges fö földteher (geosztatikus):
Pg = γ ⋅ H ahol:
γ
H Pg
- a talaj té térfogattö rfogattömege [kNm-3], - a fö [m], földtakará ldtakarás - a fü függő ggőleges fö földteher [kNm-2]
Különleges fö földteher rugalmas csö csövekhez:
Pk= C · γ · B/2
120.00 100.00 q1 = H γ
80.00 60.00 40.00
q2 = C γ B/ 2
20.00 0.00 1
2
3
4
"H" földtakarás [m]
5
„C” tényező nyező érté rtékei Spangler szerint H/B függvé ggvényé nyében, kü különbö nböző talajfé talajfélesé leségekre. A Ka a RankineRankine-féle aktí aktív fö földnyomá ldnyomás szorzó szorzója: Ka = tg2 (45° (45°- φ/2) φ/ 2)
Rugalmas csö csövek – függő ggőleges – földterheinek összehasonlí sszehasonlítása kü különbö nböző szá számítási eljá eljárások alkalmazá alkalmazása eseté esetén a takará takarás fü függvé ggvényé nyében.
MEREV CSÖ CSÖVEK FÖ FÖLDTERHEI: a.) ároká rokállapot b.) tö tölté ltésállapot
Diagram a munkaá munkaárok hatá határszé rszélessé lességének meghatá meghatározá rozásához Jelö Jelölések: B – a munkaá munkaárok szé szélessé lessége; D – a cső cső külső lső átmé tmérője; BH – hatá határárok szé szélessé lesség; C1 – kiá kiállá llási té tényező nyező C1 = C2×C3 [A C2 érté rtékei tá táblá blázatbó zatból, C3 érté rtékei diagram segí segítsé tségével meghatá meghatározható rozhatók]
C2 és C3 érté rtékei a hatá határárokrok-szé szélessé lesség meghatá meghatározá rozásához: TALAJ JELLEMZŐ JELLEMZŐK
C2
cső szilárd összenyomhatatlan ágyazatban (merev szemcsés talajok) Trγ > 90%
1,0
cső tömör talajban (laza szemcsés és tömör kötött talajok) 90 % > Trγ > 85 %
0,5 - 0,8
cső laza-, összenyomódó talajban Trγ < 85 %
0,0 - 0,5
Körszelvé rszelvényű nyű csö csövek beá beágyazá gyazása „Z” ágyazatigyazati-, és „C3” kiá kiállá llási té tényező nyezővel: a.) homokos-kavicsban, b.) 120° betonban, c.) fél szelvényig betonban, d.) vállmagasságig betonban, e.) teljes beágyazás betonban
Földteher BH > B eseté esetén, tehá tehát ároká rokállapotban:
Pgá = A 1 ⋅ γ ⋅ H A1 érté rtéke fü függ a munkaá munkaárok alakjá alakjától, érté rtéke fü függő ggőleges falú falú munkaá munkaárokná roknál:
Jelö Jelölések: ϕ K1 ϕ1 e -
JEL
K1
a visszatöltött föld belső surlódási szöge, oldalnyomási tényező (lásd: táblázat) tényleges – fal – súrlódási szög (lásd: táblázat) a természetes szám
H − 2⋅K ⋅ ⋅tgϕ 1 − e 1 B 1 A1 = H 2 ⋅ K 1 ⋅ ⋅ tgϕ 1 B
ϕ1
BEÉPÍTÉSI FELTÉTELEK
ϕ
Rétegenként tömörített földvisszatöltés a Proctor szám ellenőrzése nélkül, a függőleges dúcolás fokozatos visszahúzásával.
1
0,5
2
0,7
ϕ
Rétegenként tömörített földvisszatöltés az ellenőrzött Proctor 90-97 %, a dúcolás fokozatos visszahúzásával.
3
0,5
2/3 ϕ
Mint 1. és 2. , de a dúcolás a földvisszatöltés után visszahúzva.
Földteher BH ≤ B eseté esetén, tehá tehát tölté ltésállapotban:
Pgt = A 2 ⋅ γ ⋅ H A2 érté rtéke a korá korábban má már ré részletezett C1 =C2×C3 függvé ggvényé nyében a diagramró diagramról leolvasható leolvasható:
Előregyártott merev csövek méretezése: A gyá gyártó rtók általá ltalában az éltö ltörő terhek hatá határérté rtékét adatszolgá adatszolgáltatá ltatáské sként, illetve kataló katalógus adatké adatként megadjá megadják. Ilyen esetben a cső csőre ható ható külső lső terheket – így a fö földterhet is – élteherké lteherként kell szá számítani. A fentiekben részletezett fö földterhekbő ldterhekből az élteher: lteher:
PÉ g = D ⋅ Pg ahol: „D” a cső cső külső lső átmé tmérője.
ÁTBOLTOZÓ TBOLTOZÓDÁS A FÖLDTEHERNÉ LDTEHERNÉL Pa = 2a ⋅ γ ⋅ h =
2a 2 ⋅ γ f
φ a = r ⋅ 1 + tg 45o − 2
r=
dn + di 4
Az „f” talajszilárdsági tényező értékei Protodjakonov szerint TALAJ
Térfogattömeg [kg/m3]
f
Agyag, kötött hordalék, agyagos talajok
2000-2200
1,0
Könnyű homokos agyag, lösz, kavics
1800-2000
0,8
Növényzettel átszőtt talaj, tőzeg, lágy homokos agyag, nedves homok
1600-1800
0,6
Homok, aprószemű kavics, feltöltés
1400-1600
0,5
-
0,3
Iszapos talajok, folyós lösz és más folyós talajok
h=
a f
A VÍ VÍZSZINTES FÖ FÖLDNYOMÁ LDNYOMÁS A földbefektetett vezetékekre ható függőleges földteher hatását a vízszintes földnyomás (Ph) csökkenti.
Merev csöveknél a vízszintes földterhek tehermentesítő hatását általában nem szokták figyelembe venni, dn =1,00 m átmérőig – a biztonság javára alkalmazott közelítéssel – figyelmen kívül hagyhatók. A nagyobb csőátmérőknél a beágyazás módjától függetlenül a Rankine-féle – végtelen féltér – elmélet alapulvételével határozható meg a nyugalmi-, vagy aktív földnyomás értéke. A rugalmas- és átmeneti csőkategóriákban a beágyazás módja- és mértéke a vízszintes földteher értékét jelentősen befolyásolja. A „teljes” u.n. „úszó” beágyazás esetén a terhelési séma és földnyomás a következő:
Ph= k×Pv k Pv
-
vízszintes földnyomás tényezője az összes függőleges teher (föld- és egyéb felszíni teher)
A vízszintes földnyomás „k” tényezőjét a rugalmas csőstatikai elméletek nem a klasszikus talajmechanika módszerével, hanem a rendszermerevség – a cső- és talaj kölcsönhatásának – függvényében határozzák meg:
k=
0,074 n + 0,06
ahol „n” a rendszermerevség, Voellmy képlete alapján.
JÁRMŰ RMŰTEHER Jármű rműterhek és teherosztá teherosztályok az az „MSZMSZ-0707-37013701-86: 86: Közúti Hidak erőtani szá számítása” sa” szerint:
ELSŐ TENGELY
TÖBBI TENGELY
OSZTÁLY
JÁRMŰ ÖSSZSÚLY [kN]
’’A’’
800
100
0,80
100
0,80
’’B’’
400
40
0,30
80
0,60
’’C’’
200
100/3
0,30
200/3
0,50
keréksúly [kN]
kerék felfekvési szélesség [m]
keréksúly [kN]
kerék felfekvési szélesség [m]
A kerék felfekvése a haladás irányában 0,20 m Megjegyzés: nincs összhangban az európai szabványokkal, így átdolgozása valószínűsíthető.
A járműteher dinamikus hatását dinamikus tényezővel (µ) kell figyelembe venni. A dinamikus tényező maximális mértéke: µ max = 1,4 ; ez 0,5 m vastagságú teherelosztó réteghez tartozó érték. Ha a teherelosztó réteg – földtakarás – legalább 2,0 m, akkor a dinamikus tényező µ = 1,0. (A közbenső értékek lineáris interpolációval állíthatók elő.) A fentebb hivatkozott szabvány szerint: "ha a szerkezet felett legalább 0,5 m vastag teherelosztó réteg van, a járműteher hatását a jármű fajlagos terhéből (a jármű alapterületével osztott járműsúlyból) 45°-os eloszlás alapulvételével szabad számítani." A járműterhek hatásának megítélésében különböző álláspontok alakultak ki, és több elmélet ismert, a járművek okozta feszültségek eloszlásáról a talajban. Az ábra eltérő feszültség-eloszlási modell szerint mutatja be a járműteher nagyságát a takarási mélység függvényében. A "Közúti Hidak erőtani számítása " szerint a csővezetékekre alkalmazható egyszerűsítő feltétel az 5. görbének felel meg.
Közúti "A" teherbő teherből szá számított já jármű rműteher a takará takarási mé mélysé lység fü függvé ggvényé nyében kü különbö nböző tehereloszlá tehereloszlási módszerek eseté esetén: 1 kerekenként 45°-os tehereloszlással: q; 2 egyszeres teherhalmozódással: 2q; 3 kétszeres teherhalmozódással: 3q; 4 Boussinesq szerint; 5 a jármű alapterületével osztott jármű-súlyból, 45°-s tehereloszlással; 6 a szélső kerékfelületek által bezárt négyszöggel osztott járműsúlyból, 45°-os tehereloszlással.
Jármű rműterhek szá számításával kapcsolatos összefoglalá sszefoglalás (Mé (Mészá száros Pá Pál – Kis Emese; 2010)
Ha a takará takarás egyenlő egyenlő, vagy kisebb, mint 50 cm, akkor egyedi megkö megközelí zelítés szü szüksé kséges amelyet a cső csőátmé tmérő és a cső cső – talaj kö kölcsö lcsönhatá nhatás determiná determinál.
0,5
Merev csö csövekné veknél H>1,25 m 45° 45°,60° ,60°-os teher eloszlá eloszlás. 45° 45° jó alatalaj, és teherelosztó teherelosztó rétegné tegnél.
Merev csö csövekné veknél kis fö földtakará ldtakarás, rossz útburkolat (ká (kátyú tyúk, gö gödrö drök)eseté k)esetén 60° 60°-os tehereloszlá tehereloszlás a cé célravezető lravezetőbb.
Rugalmas csö csövekné veknél 0,50
Rugalmas csö csövekné veknél H>1,25 m 45° 45°-os teher eloszlá eloszlás.
Belső Belső nyomá nyomásbó sból szá származó rmazó feszü feszültsé ltségek Cső Cső vékonyfalunak tekinthető tekinthető, ha
en < 0,045 × DN 2 tengelyű tengelyű feszü feszültsé ltségállapotban Kazá Kazán formula
σt =
p ⋅ (d n − en ) 2 ⋅ en
σa =
p ⋅ (d n − en ) 4 ⋅ en
3 tengelyű tengelyű feszü feszültsé ltségállapotban (mű (műanyag csö csövekné veknél mé még kompliká komplikáltabb) 2
r1 2 σa = p⋅ 2 2 r0 r1 − 2 2 2
r0 r1 + 2 2 σ t = p ⋅ 2 2 r0 r1 − 2 2
σr = −p
GRAVITÁ GRAVITÁCIÓ CIÓS CSATORNÁ CSATORNÁK MÉ MÉRTEZÉ RTEZÉSE ÁTMENETITMENETI- és MEREV CSÖ CSÖVEK 1.
FESZÜ FESZÜLTSÉ LTSÉGEK ELLENŐ ELLENŐRZÉ RZÉSE • • •
feszü feszültsé ltségek kimutatá kimutatása, törési biztonsá biztonság bizonyí bizonyítás közelí zelítő méretezé retezés tö töréské skép alapjá alapján
FESZÜ FESZÜLTSÉ LTSÉGEK SZÁ SZÁMÍTÁSA
σ =
M N ± K F
Az M és N meghatá meghatározá rozása hatá határozatlan tartó tartókon: • erő erőmódszer • mozgá mozgásmó smódszer • σ-ponti mó módszer Egyszerű Egyszerűsített eljá eljárás a σ-ponti mó módszeren alapul: M = m × q × rk2 N = n × q × rk „m” és „n” nyomaté nyomatékiki- és normá normálerő lerő szorzó szorzótényező nyezők
Igé Igénybevé nybevételek meghatá meghatározá rozása kö közelí zelítő módszerrel Függő ggőleges teherbő teherből
Vízszintes teherbő teherből
Reduká Redukált feszü feszültsé ltségek meghatá meghatározá rozása (Huber – Mises – Hencky) Vékony falú falú csö csövek eseté esetén, ké kéttengelyű ttengelyű feszü feszültsé ltségállapotban
σ red = σ a 2 + σ t 2 − σ aσ t Vastag falú falú csö csövek eseté esetén
σ red =
1 (σ a − σ t ) 2 + (σ a − σ r ) 2 − (σ t − σ r ) 2 2
Törési biztonsá biztonság bizonyí bizonyítása A törési biztonsá biztonság bizonyí bizonyítása elő előregyá regyártott (beton, kő kőagyag, AC), Dn ≤ 1,0 m Bizonyí Bizonyítani kell, hogy a gyá gyártó rtó által megadott összehasonlí sszehasonlító éltö ltörő teher (P) egyenlő egyenlő- vagy nagyobb a té tényleges terhelé terhelésbő sből szá számítható tható élteherné ltehernél (Pt).
Pt =
PÉD
PÉD Z
- a mé mérté rtékadó kadó tehercsoportosí tehercsoportosítás alapjá alapján meghatá meghatározott maximá maximális függő ggőleges teher Z - a beá beágyazá gyazás mó módjá djától fü függő ggő beé beépítési teherbí teherbírási té tényező nyező (ágyazat lényeges!!!) A cső cső megfelel, ha P ≥ Pt
2. ALAKVÁ ALAKVÁLTOZÁ LTOZÁS ALAKVÁLTOZÁS =
KÜLSŐ TERHELÉS CSÖMEREVSÉG + TALAJMEREVSÉG
E·I/D3
GYŰRŰMEREVSÉG:
SPANGLER elmé elmélete a „IOWA” IOWA”-képlet: x y Pd ⋅ R 3 ≈ = C4 ⋅ C5 Dk Dk Ecső ⋅ I + 0,061 ⋅ Et ⋅ R 3 Tényezők értelmezése: x, y Dk C4,C5 Pd R Ecső Et I -
vízszintes és függőleges alakváltozás, a közepes csőátmérő, beágyazást és időhatárt figyelembe vevő tényezők, összes függőleges teher, a cső sugara, a cső rugalmassági modulusa, a talaj alakváltozási modulusa, a csőfal inercianyomatéka.
Újabb elmé elméletek: • Leonhardt (ATV) • Molin (skandiná (skandináv) • Módosí dosított Spangler:
x 0,125 Pd = ⋅ Dk n + 0,06 Et
A teljes alakvá alakváltozá ltozás a fö földteher és a já jármű rműteher hatá hatására jö jön lé létre: x x x = + Dmax Dk P Dk P föld jármű
Igazolandó Igazolandó:
x Dmax
≤ 0,05
Tehá Tehát: A maximá maximális alakvá alakváltozá ltozás nem lehet nagyobb a cső csőátmé tmérő 5 %%-nál. Ha a szá számítások alapjá alapján az alakvá alakváltozá ltozás meghaladná meghaladná az 5 %%-t: • javí javítani lehet az ágyazat minő minőségét – anyagá anyagát vagy a tö tömörsé rségét – (Et), illetve • növelhető velhető a cső cső falvastagsá falvastagsága (gyű (gyűrűmerevsé merevsége)
3. HORPADÁ HORPADÁS Igazolandó Igazolandó:
Pd ≤ Pd PBI -
PBI 2,0
a mértékadó függőleges teher a cső behajlási ellenállása:
PBI = [0,26 − 0,54 ⋅ log(n)] ⋅ E t ⋅ n n Et -
Voellmy-szám (hosszú időtávú érték) ágyazat összenyomódási modulusa
Nyomó Nyomócsö csövek megtá megtámasztá masztásai
Különböző csomópontokban fellépő külső erők: a.) iránytörésnél, b.) T-leágazásnál, c.) végpontban, d.) átmérőváltásnál
Felnyí Felnyíló kötésű csö csövek szé szétcsú tcsúszá szás elleni védelmé delmének szá számítása Normá Normálerő lerő meghatá meghatározá rozása N = p⋅
D 2 ⋅π 4
N R = N ⋅ 2 sin
α 2
Betonté Betontérfogat alapjá alapján tö törté rténő megtá megtámasztá masztás 0 ,93
Vb =
NR γ b ⋅ µ,
Betontö Betontömb felü felülete alapjá alapján tö törté rténő megtá megtámasztá masztás F=
NR
σh
Felnyí Felnyíló kötésű csö csövek szé szétcsú tcsúszá szás elleni védelmé delmének szá számítása Betontö Betontömbö mbök elhelyezé elhelyezésének lehető lehetőségei
Cső Csőkötések hú húzásbiztosí sbiztosításának hossza Lh =
NR GT aµ
Felú Felúszá szás vizsgá vizsgálat Kis sú súlyú lyú nagymé nagyméretű retű belü belül üreges mű műtárgyak eseté esetén fordul elő elő (akná (aknák) Állé llékonysá konyság igazolá igazolásánál a szerkezet önsú nsúlyá lyát (G), kiegé kiegészí szítve a felú felúszá szást akadá akadályozó lyozó (stabilizá (stabilizáló) erő erőkkel (Si) állí llítjuk szembe a felhajtó felhajtó erő erővel (F) n=
G + ∑Si F
> 1,2
Felhajtó Felhajtó erő erő szá számítása maxTV+0,5mmaxTV+0,5m-ből
F=
H −Tv
∫ (h − T )dh v
0
Stabilizá Stabilizáló erő erők kö közt a falsú falsúrló rlódást csak az aktí aktív fö földnyomá ldnyomásbó sból szá származó rmazóként lehet figyelembe venni. H −Tv H S surl = δK a ∫ (hγ talaj ) dh − ∫ ( h − Tv )γ víz dh 0 0
Ajánlott irodalom, előadáshoz felhasznált forrásanyag Darabos Pé Péter, Mé Mészá száros Pá Pál: Kö Közmű zművek jegyzet Műegyetemi Kiadó Kiadó Mészá száros Pá Pál, Kiss Emese, Fü Fülöp Roland: Cső Csőanyag, cső csőkötési ismeretek, Mű Műegyetemi kiadó kiadó 2008 Mészá száros Pá Pál, Kiss Emese: Cső Csőstatika I., M+T Kft., Budapest 2010
