01_dimenzioniranje kolnickih konstrukcija

vježbe iz kolegija

KOLNIČKE KONSTRUKCIJE

izrada programa

Dimenzioniranje savitljive kolničke konstrukcije

ožujak 2010.

Asistent:

Marko Ožbolt, dipl. inž. građ.

konzultacije:

soba D121

Literatura:Projektiranje kolničkih konstrukcija

prof. Branimir Babić

sadržaj programa iz Kolničkih konstrukcija:

1. Odrediti ukupni broj prijelaza ekvivalentnih osovina u projektnom razdoblju prema podacima s brojačkog mjesta.

2. Dimenzionirati novu asfaltnu kolničku konstrukciju prema normi HRN U.C4.012 te ju provjeriti prema metodi AASHO Road testa;

3. Izračunati naprezanja u dimenzioniranoj kolničkoj konstrukciji računalnim programom BISAR te ih usporediti s dopuštenim naprezanjima (za asfaltne slojeve koristi se program BANDS PC);

4. Obaviti provjeru naprezanja dimenzionirane kolničke konstrukcije računalnim programom CIRCLY;

5. Obaviti provjeru kolničke konstrukcije na smrzavanje prema HRN U.B4.012.

• vožnja različitih tipova teških teretnih vozila po raznim vrstama kolničkih konstrukcija;

o AASHO Road Testu

• provođen od 1957.-1961. u SAD-u, država Illinois;

• na svakom prstenu provedeno je 1.114.000 prijelaza osovina;

...o AASHO Road Testu...

• promet se odvijao od 1958. do 1960. godine:

○ 18 sati dnevno;○ brzina vozila cca 56 km/h;

• svakodnevno su mjerena:

○ oštećenja kolničke konstrukcije,○ debljine slojeva,○ temperatura i vlaga,○ naprezanja u kolničkoj konstrukciji.

...o AASHO Road Testu...

• nakon analize prometnog opterećenja i promjena na kolniku, uspostavljen je odnos između:

○ ponašanja kolničke konstrukcije

(indeks vozne sposobnosti kolnika) - p;

○ faktora opterećenja osovine - L;

○ intenziteta prometa – W;

○ oblika opterećenja (jednostruka ili dvostruka osovina)–A i

○ debljine slojeva - D

p = f(L, A, W, D)

AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija

○ izražava se u prosječnom dnevnom broju ekvivalentnih80 kN (W80) osovina u projektnom razdoblju

• prometno opterećenje - W

○ slijedi proračun broja ekvivalentnih osovina (W80) iz zadanog prometnog opterećenja

20 kN 20 kN

35 cm

20 kN 20 kN

...AASHO metoda za dimenzioniranje asfaltnih kolničkih konstrukcija...

○ djelovanje osovina ostalih težina svodi se preko faktora ekvivalencije na utjecaj ekvivalentne osovine W80

• prometno opterećenje – W...

○ faktori ekvivalencije mogu se odrediti računski (AASHO metoda) ili tablično (tabl. 3.1 do 3.4, knjiga Babić)

Tablica 3.1, knjiga Babić – Koeficijenti ekvivalencije za jednostruke osovine i konačnu voznu sposobnost pt = 2,0

+cca 30%

• raznoliko prometno opterećenje (vrsta i tip vozila) nepogodno je za korištenje pri dimenzioniranju

Određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010

• utjecaj opterećenja svake pojedine osovine vozila svodi se na utjecaj tzv. ekvivalentne osovine, koja za savitljive kolničke konstrukcije ima osovinsko opterećenje 80 kN

• pretvorba utjecaja pojedinih osovina provodi se pomoću faktora ekvivalencije - fe

• proračun faktora ekvivalencije – fe prema HRN-u

○ jednostruke osovine

L1 [kN]

fe

480

41

LLfe = 4

41

80L

=

41

810441,2 Lfe ⋅⋅= −

...određivanje ukupnog ekvivalentnog prometnog opterećenja prema HRN U.C4.010

!!!!!!

• proračun faktora ekvivalencije – fe prema HRN-u

○ dvostruke osovine

L2 [kN]

fe

4150

42

LL

fe =

42

910975,1 Lfe ⋅⋅= −

4

42

150L

=


težina ekvivalentne dvostruke osovine je 150 kN !!!

• Raspodjela opterećenja po osovinama vozila


iskorištenost nosivosti teških teretnih vozila

pretpostavlja se iskorištenost nosivosti od 70%

• Raspodjela opterećenja po osovinama vozila


iskorištenost nosivosti teških teretnih vozila

pretpostavlja se iskorištenost nosivosti od 70%

×70%

L1=40+20×0,7 L2=70+90×0,7

L2 [kN]L1 [kN]

fe, L2 fe, L1+ = Fe

• faktor ekvivalencije za određeno vozilo (Fe)


∑=

=k

iie fF

1

• faktor ekvivalencije za određeno vozilo Fe

• prosječno godišnje dnevno opterećenje ∑=

⋅=k

iied nFT

1

ni – PGDP vozila u početnoj godini upotrebe ceste u najopterećenijemvoznom traku

fe Fe Td


• faktor ekvivalencije za određeno vozilo Fe

• prosječno godišnje dnevno opterećenje ∑=

⋅=k

iied nFT

1

ni – PGDP vozila u početnoj godini upotrebe ceste u najopterećenijemvoznom traku

fe Fe

× 50%

Td


• ukupno prometno opterećenje u početnoj godini upotrebe ceste Tg = Td · 365

• faktor rasta prometa u projektnom razdoblju ∑

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

p

i

irq1 1001

p – projektno razdoblje [god],i – 1, 2, 3,..., p-ta godina,r – prosj. god. stopa rasta broja teških

vozila (za potrebe ovog programa 2%)

• ukupno ekvivalentno prometno opterećenje u projektnom razdoblju Tn = Tg · q


fe Fe Tg (q)Td Tn = W80

Faktor rasta prometa - q

∑=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +=

p

i

irq1 1001

p – projektno razdoblje [god],i – 1, 2, 3,..., p-ta godina,r – prosj. god. stopa rasta broja teških

vozila (za potrebe ovog programa 2%)godišnja

stopa rasta

prometa-r [%]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

projektni period-p

[god]q

5 5 5 5 6 6 6 6 6 7 7

10 11 11 12 12 13 14 15 16 17 17

15 16 18 19 21 23 25 27 29 32 35

20 22 25 28 31 35 39 44 49 56 63

Podjela prometnog opterećenja na grupe

grupa prometnog opterećenja

ukupno ekv. opterećenje 80 kN osovina (W80) u projektnom periodu

vrlo lagano < 2 × 105

lagano 2 × 105 > 7 × 105

srednje 7 × 105 > 2 × 106

teško 2 × 106 > 7 × 106

vrlo teško > 7 × 106

Primjer proračuna ekvivalentnog opterećenja

vrsta vozila osovina

nosivost[kN]

iskorištenost(koristan teret×70%)

[kN]

opterećenje po osovini

faktor ekv.fe

faktor ekv. vozila

Fe

Td=Fe×ni

pred. 33+14 33+14×0,7 42,8 0,082

straž. 67+26 67+18,2 85,2 1,286pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. 37+25 37+0,7×25 54,5 0,215

straž. 37+120 37+0,7×120 121 0,423pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. ... ... ... ...straž. ... ... ... ...pred. ... ... ... ...

srednja ... ... ... ...straž. ... ... ... ...

Σ=Td, ukupno 1680

... ...tegljač+

prik. 220 kN (TTV3+PPR2)

... ...t. ter.+prik.145+120 kN (TT3+PR2)

0,638 178,00teško ter. > 70 kN (TT2)

... ...sr. t. ter. 30-70 kN (ST2)

... ...lagano. ter. < 30 kN (LT2)

1,368 393,98bus (A2)

Tg = Td · 365

Tn = Tg · q = W80


○ vrijednosti su u rasponu od:

p0 (početna vozna sposobnost) 5 za idealno ravan kolnik do

pt (konačna vozna sposobnost) 0 za potpuno uništen kolnik

○ u stvarnosti:

▫ 4,2 za savitljive kolnike,

▫ 4,5 za krute kolnike;

▫ ne bi trebalo dopustiti da vrijednost padne ispod 2.

• indeks vozne sposobnosti kolnika - p


• projektno razdoblje (razdoblje dimenzioniranja)

○ vrijeme nakon kojeg je potrebno obaviti prvo većepojačanje kolnika (indeks vozne sposobnosti dosegne vrijednost 2,5 – 2,0) uz redovito održavanje;

○ u AASHO metodi projektno razdoblje iznosi 20 godina;

○ mogu se uzeti druge vrijednosti treba smanjiti prometno opterećenje


• regionalni faktor - R

○ opisuje utjecaj klimatskih uvjeta (smrzavanje, padaline, i sl.) područja u kojem se projektira cesta;

○ R = 0,5 (povoljni uvjeti) 5,0 (nepovoljni uvjeti);


○ opisuje nosivost temeljnog tla (posteljice) kolničke konstrukcije;

○ određen na temelju vrijednosti CBR (eng.California Bearing Ratio - kalifornijski indeks nosivosti)

• Nosivost tla - S

S = 4,308 log CBR + 1,673

ili

Slika 3.6, knjiga Babić – Korelacijski nomogram za određivanje nosivosti tla S

5,3


○ njime se opisuje nosivost kolničke konstrukcije;

• Strukturni broj - SN

SN [cm] = a1·d1 + a2·d2 + ... + an·dn

an – karakteristike sloja koln. konstr.,

dn – debljina sloja [cm]

○ pomoću SN moguće je uspoređivati nosivost kolničkih konstrukcija od različitih debljina slojeva i materijala;

○ ovisi o materijalima i debljinama slojeva od kojih se izvodi kolnička konstrukcija; d1

d2

d3

d4

posteljica


• Strukturni broj – SN...

Slika 3.5, knjiga Babić –Koeficijenti zamjene po AASHO metodi


postupak dimenzioniranja...• odabere se nomogram potrebne vozne sposobnosti (slike

3.7 i 3.8, Babić)

Slika 3.7, Babić - nomogram za

dimenzioniranje asfaltnih kolničkih

konstrukcija, za konačnu voznu

sposobnost pt = 2,0

!!


...postupak dimenzioniranja

• ovom metodom je dobiven potreban SN za kolničku konstrukciju prema ulaznim parametrima SNp

• SNk pretpostavljene k.k. usporediti sa SNp

SNk > SNp

pretpostavljena k.k. SNk određuje se ...

... metodom prema normi HRN U.C4.012

Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012

• temelji se na AASHO metodi sa sljedećim koeficijentima:○ prometno opterećenje W80,○ projektni period 20 god.,○ konačna vozna sposobnost, pt = 2,5,○ regionalni faktor, R = 2,0.

d1

d2

asfaltni slojevi(AB+BNS)

MNS

posteljica

TIP 1

d1

d2


CNS

posteljica

TIP 2d1

d2

d3


CNS

MNS

posteljica

TIP 3

...Dimenzioniranje kolničkih konstrukcija prema HRN U.C4.012...

postupak:1. odabrati TIP kolničke konstrukcije prema HRN


postupak:2. očitavanje debljine slojeva

TIP 1, slika 6, HRN BNS + AB = d1

MNS = d2


postupak:2. očitavanje debljine slojeva

TIP 2 ili 3, slika 7, HRN

BNS + AB = d1

MNS + CNS = d2


postupak:3. određivanje debljina pojedinih slojeva

primjer za očitanje sa slike 7, TIP 3

• očitana vrijednost d1, sastoji se od sloja AB i sloja BNS;

• pomoću koeficijenata zamjene (an) treba d1 "pretvoriti" u AB i BNS

d1·aasfalt = dAB·a1 + dBNS·a2

○ pretpostavi se debljina sloja AB:

▫ za teško prom. opterećenje dAB = 4 cm

▫ za vrlo teško prom. opterećenje dAB = 6 cm

○ prosječna vrijednost koef. zamjene za asfalt je:

aasfalt = 0,38



primjer za očitanje sa slike 7, TIP 3...

• primjer: očitane i pretpostavljene vrijednosti

d1 = 11 cm i dAB = 4 cm vrijednosti uvrste se u formulu...

11·0,38 = 4·a1 + dBNS·a2

CNS 7-dn. tlačna čvrstoća MNS vrijednost CBR

HRN, slika 1 HRN, slika 2

HRN, slika 3 HRN, slika 4

asfaltni slojevi Marshallov stabilitet


• primjer: koeficijenti zamjene određuju se iz svojstavapojedinog materijala, koja su zadana u Zadatku




• primjer:

d1·aasfalt = dAB·a1 + dBNS·a2

11·0,38 = 4·a1 + dBNS·a2

11·0,38 = 4·0,40 + dBNS·0,32

dBNS= 8,06 cm 9 cm

provjera: dAB + dBNS > d1

4 + 9 > 11




• primjer: slično vrijedi i za proračun CNS-a i MNS-a

○ sa slike 7 očitana je potrebna debljina CNS-a (računskog koef. a=0,20)

○ tu debljinu treba "pretvoriti" u CNS i slabije nosivi MNS

d2·aCNS 0,2 = dCNS·a3 + dMNS·a4

očitano: 35·0,20 = 15·0,23 + dMNS·0,12

dMNS = 29,6 cm usvojeno: 30 cm


postupak:4. rezultat

proračunata kolnička konstrukcija je:

dAB = 4 cmdBNS = 9 cm

dCNS = 15 cm

dMNS = 30 cm

posteljica

ukupna debljina 58 cm

slijedi...5. provjera dobivene k.k. po AASHO metodi


postupak:5. provjera po AASHO metodi

SNk > SNp

dAB = 4 cmdBNS = 9 cm

dCNS = 15 cm

dMNS = 30 cm

posteljica

k.k. po HRN-u SNk = aAB·dAB+aBNS·dBNS+aCNS·dCNS+aMNS·dMNS

an – koeficijenti po HRN metodi

SNk =11,53 cm


postupak:5. provjera po AASHO metodi

ako je SNk > SNp, konstrukcija dimenzionirana po HRN

metodi ZADOVOLJAVA

SNp – očitano iz dijagrama po AASHO metodi (slika 3.8 Babić)

ako je razlika SNk – SNp > 5, konstrukcija je

prejaka, pa se debljine pojedinih slojeva mogu

smanjiti

01_dimenzioniranje kolnickih konstrukcija

Documents