Hosszú előregyártott feszített beton gerendák tönkremenetele

Egy karcsú előregyártott feszített gerenda gyenge tengelye körüli hajlítása vagy túlzott kitérése, vagy akár egy feszített előregyártott beton gerendahíd összeomlása az építési helyszínen az emelési fázis során nem ritka szerencsétlenség. De valóban még mindig előfordul ez manapság az összes biztonsági szabályzat, irányelv és korábbi mérnöki tapasztalat ellenére? Igen, előfordul. Hogyan lehetséges ez? Mi a probléma?

Hosszú feszített gerendák oldalirányú instabilitása

Az előregyártott beton gerendákat vagy tartókat a projektek széles körében alkalmazzák, jellemzően ipari csarnokokban, hipermarket áruházakban, raktárakban vagy előregyártott feszített betonból készült gerendahidakban. Számos technológiai fejlesztés, mint az alkalmazott anyagok, a hatékonyabb keresztmetszeti formák és a nagyobb feszítőpászmák lehetővé teszik a nagyobb fesztávolságok elérését. A fesztávolság növekedése miatt az ilyen gerendák teljes tömege is növekszik, ami néha a szállítási és kezelési fázisokat teszi a kritikus teheresetekké a szerkezeti tervezésben, ahogyan azt a [3] ábra szemlélteti.

A probléma leküzdésének általános stratégiája a gerendák önsúlyának minimalizálása az övek szélességének csökkentésével. Mindazonáltal ez csökkenti a gyenge tengelyre vonatkozó merevséget és a csavaró merevséget is, növelve az oldalirányú instabilitás kockázatát. [1]

A bejelentett balesetek és károk az oldalirányú instabilitás miatt általában olyan excentricitásokhoz kapcsolódnak, amelyek másodrendű hatásokat aktiválnak az átmeneti terhelési helyzetekben (emelés, szállítás és alátámasztáson való elhelyezés). Ezeknek az excentricitásoknak tipikus forrásai a gyártási tűrések, a pászmák oldalirányú elhelyezésének változásai, helyi repedések, kúszás és zsugorodás miatti görbület, valamint az egyik oldalon ható napsugárzás, amely a tartó meghajlását okozza. Mivel a feszített beton gerendáknál feltételezték, hogy elegendő tartalékuk van a gyenge tengelyre vonatkozó merevség tekintetében, hagyományosan korlátozott figyelmet fordítottak a jelenségre. [1]

Hosszú feszített előregyártott beton gerendák balesetei

Kijev 1965-ben épített Dehtiarivskyi hídja, amely 2023. június 13-án zárta be felújítás céljából, összeomlott [2]. Úgy tűnik, hogy miután hat gerendát már felszereltek, a munkások elkezdték a hetedik beépítését, és a gerenda elvesztette stabilitását, maga alá temetve a többi gerendát, és minden összeomlott. Szerencsére nem voltak haláldozatok, de természetesen hatalmas anyagi károk keletkeztek.

Egy másik példa az emelési fázis során bekövetkező tönkremenetel. Egy 45,6 m hosszú feszített előregyártott beton tartó I-alakú állandó keresztmetszettel, 2 m magassággal és 1,2 m felső övszélességgel. Képzelje el: az első emelési művelet után deformált alak és az oldalirányú elmozdulás drasztikus növekedése akár 300 mm-ig (L/150). A tartót visszahelyezték a talajra a lehetséges károk felmérése érdekében. Az ellenőrzés után függőleges repedéseket figyeltek meg a bal felső övnél. A repedésszélességek meghaladták a 0,4 mm-t, amelyeket javítani kellett volna a tartóssági követelményeknek való megfelelés érdekében, ha az elemet végül elfogadták volna.

Ezután egy második emelési kísérletet hajtottak végre. Ez azonban L/400-nál nagyobb oldalirányú görbületet mutatott, ami azt jelentette, hogy ez a gerenda nem tudta visszanyerni eredeti alakját. Ezt valószínűleg az emelési műveletek során bekövetkező képlékeny alakváltozás okozta. Így ezt a gerendát elutasították, és egy új tartót gyártottak és szállítottak az építési helyszínre. [1]

Biztonságos karcsú feszített előregyártott beton gerenda tervezése

Hogyan előzhetjük meg az ilyen baleseteket és károkat? Abbahagyjuk a hosszú feszített beton gerendák tervezését? Természetesen nem, ez visszalépés lett volna, és nagy szégyen (a szerző nagy feszített beton rajongó)! Egy statikus mérnök számára nem könnyű feladat biztonságos, gazdaságos tervet készíteni percek alatt.

És ebben az esetben attól tartok, hogy a toll és a papír nem elegendő. Közelmúltbeli mérnöki gyakorlatomban mindig azt kívántam, bárcsak lett volna olyan szoftver, amely segíthetett volna a karcsú feszített gerendák kifordulásával (LTB) kapcsolatos összetett számításokban. Természetesen nem akartam az ifjúságomat félig kész programokban bemeneti értékek megadásával és eredmények értelmezésével tölteni.

A kifordulás megoldása

Jó hír, hogy az IDEA StatiCa komplex elemzéssel rendelkezik a hosszú előregyártott feszített beton gerendák kifordulásának (LTB) vizsgálatához. Mindez egyetlen eszközben érhető el, amely könnyen használható, áttekinthető eredményeket ad, és automatikusan generál jelentéseket. Csak kövesse a tipikus IDEA StatiCa Beam munkafolyamatot:

• Geometria: a keresztmetszet, a fesztávolság adatai, a feszítőkábelek és az építési fázisok előzményei már definiálva vannak a Beam alkalmazásban a globális elemzéshez és tervezéshez. Minden adat automatikusan figyelembe van véve.
• Oldalirányú stabilitás fül: adja meg az emelés, szállítás és egyéb építési fázisok részletes bemeneti adatait, mint például a kezdeti imperfekciókat, a heveder adatait, a végső alátámasztás típusait stb.  Ezek mindegyike befolyásolja az LTB elemzést.
• LTB elemzés futtatása: azaz anyagi és geometriai nemlineáris elemzés kezdeti imperfekcióval. A háttérben fejlett módszer áll, nem egyszerűsített módszerek vagy képletek.
• Eredmények: az LTB elemzés kimenetei a reakcióerők, belső erők és az elmozdulás.
• LTB ellenőrzés: egyelőre az RCS alkalmazásba való manuális bevitel érhető el. Az LTB elemzés futtatása után lépjen a részletes eredményekhez (RCS alkalmazás) és mentse el új fájlként, adja meg a kihajlásból eredő további belső erőket a mérvadó teherbírási és használhatósági kombinációhoz, majd futtassa az összes ellenőrzést.
  Megjegyzés: Az LTB eredmények automatikus bevitele az ellenőrzési kombinációkba hamarosan fejlesztésre kerül. 
• Jelentés: Készítsen pontos jelentéseket automatizált szabványellenőrzésekkel és testreszabható kimenetekkel, időt takarítva meg és csökkentve a hibák kockázatát. 

További technikai részletek az LTB elemzésről és az ellenőrzésekről itt találhatók.

Záró gondolat

Biztosítsa a gerenda biztonságát minden gyártási és építési fázisban az integrált LTB stabilitásellenőrzésekkel, amelyek minden feltételt lefednek a tárolástól a szállításon át az emeléséig. Hagyjon fel az aggodalmaskodással, vagy akár a karcsú feszített előregyártott beton gerendák tervezésének elkerülésével, mert azok oldalirányú stabilitásuk elvesztésének kockázatával járnak. Ma már magabiztosan tervezhet az IDEA StatiCa segítségével!

Források

[1] A. de la Fuente, J.M. Bairán, S.H.P. Cavalaro, Case Study of Failure of Long Prestressed Precast Concrete Girder During Lifting, Engineering Failure Analysis, Volume 100, 2019, Pages 512-519, ISSN 1350-6307, https://doi.org/10.1016/j.engfailanal.2019.02.061, (https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1350630717302236)

[2] Elérhető online: https://english.nv.ua/nation/photos-of-collapsed-kyiv-s-dehtiarivskyi-bridge-50357382.html

[3] Elérhető online: https://www.prefa-praha.cz/tycove_prvky/