123264484 proracun kruznog temelja

1Tornjevi, dimnjaci, betonski jarboli

SpecijalneSpecijalneInInenjerske enjerske GraGraevineevine

betonski jarboli, betonski

telekomunikacijskitornjevi

BetonskiBetonski telekomunikacijski

tornjevi

Betonski tornjevi:

- (1953) Stuttgart prvi armiranobetonski toranj.

Oblikovanje:

- ekonomski zahtjevi

- konstrukcijski zahtjevi

prirodni uvjeti- prirodni uvjeti

- zahtjevi uklapanja u okoli

-zahtjevi na oblik (klasian izgled, ekstravagancija...)

2Naini temeljenja:

- krune ili prstenaste ploe

3Temeljenje sa geotehnikim sidrima:

- u stjenovitom ili kamenom tlu

preuzimanje- preuzimanjemomenta sidrima

Temeljenje:

- dominantne sile na temelj odreuju naintemeljenja

- potrebna je zatita od korozije

- imati u vidu djelovanjeagresivnih voda

4Temeljenje:

DOKAZ EKSCENTRINOSTI OPTEREENJA:Potrebno je dokazati da za osnovna optereenja se rezultantna sila nalazi u 1. jezgri poprenog presjeka temelja:

Za ostala optereenja rezultantna sila se mora nalaziti u 2. jezgri j kpoprenog presjeka:

Temeljenje:

DOKAZ EKSCENTRINOSTI OPTEREENJA:

Mx momentsavijanjaokoosix

My momentsavijanjaokoosiy

V vertikalnasilanatemelj

5Temeljenje:DOKAZ EKSCENTRINOSTI OPTEREENJA:Potrebno je dokazati da se za osnovna optereenja rezultantna sila nalazi u 1. jezgri poprenog presjeka temelja CIJELA POVRINA TEMELJA JE U TLAKU, NEMA ODIZANJA TEMELJA OD TLA!

Za ostala optereenja doputa se odizanje temelja, ali se rezultanta mora nalaziti u drugoj jezgri poprenog presjeka.

Temeljenje:DOKAZ NAPREZANJA NA TLO:

- naprezanja na tlo moraju biti manja ili jednaka maksimalno doputenim naprezanjima

- JEDNOOSNO SAVIJANJE : ex = 0 ili ey = 0

6Temeljenje:

DOKAZ NAPREZANJA NA TLO:

Naprezanja na tlo moraju biti manja ili jednaka maksimalno doputenom naprezanju:p p j

DVOOSNO SAVIJANJE : c) itav presjek je u TLAKUd) presjek se dijelom odie od tla

- iz tablica prema Hlsdnker-u

Temeljenje:

- ispod sredinjeg dijela temelja se postavlja mekana podloga kako bi se pritisak na tlo prenio po betonskom prstenu vanjskog promjera d i unutarnjeg promjerana tlo prenio po betonskom prstenu vanjskog promjera da i unutarnjeg promjera di

- u sluaju jednake krutosti tla ispod cijele temeljne ploe sila iz stijenki betonskog tornja irila bi se kroz temeljnu plou najkraim putem putom (kut 45)- na tlo bi djelovala vea naprezanja

7Temeljenje:Povrina krunog prstena:

Moment otpora poprenog presjeka:

2 2( )tem a iA d d

4 464 a iptem

d dIW

p p p g p j

Jezgra poprenog presjeka:

Ek t i it t

tem r r

temp

tem

WIA

kMEkscentricitet:

Naprezanje na tlo pod karakteristinim optereenjem:

k

k

eN

k kk

tem tem

N MA W

Temeljenje:- zakretanje temelja trajnog karaktera uslijed stalnog optereenja zadaje se kao imperfekcija tornja (toranj je nagnut)

- posebnu panju na zakretanje temelja uslijed nejednolikog optereenja potrebno je posvetiti kod nevezanih tala- kratkotrajno zakretanje temelja uslijed djelovanja vjetra:

Gr

s Gr

Mc I

gdje je:

- MGr moment savijanja na kontaktu temelja sa tlom- IGr moment tromosti poprenog presjeka temelja na spoju sa tlom- cS krutost tla na zakretanje

8Temeljenje:- za proraun vibracija i proraun deformacija za granino stanje uporabljivosti potrebno je poznavati otpora tla na kratkotrajno djelovanje sila

, ,s dyn s dynE Ec

gdje je :

Es,dyn dinamiki modul elastinostiAGr povrina temelja

, ,, '

y ys dyn

GRGR

ctf A

f ' = 0,25 faktor oblika vibracija

- djelotvorna dubina antimetrinog djelovanja0,25GR GRt A

Temeljenje:- za proraun deformacija po teoriji 2. reda za granino stanje nosivosti potrebno je uzeti u obzir i zakretanje temelja

- navedeni utjecaj moe se uzeti u obzir preko statikog modula elastinosti Es,stat umjesto dinamikog modula.

Ovisno o vrsti tla odnos dinamikog i statikog modula elastinosti:N l 2 E / E / 4Nevezana tla: 2 < Es,dyn / Es,stat / < 4

Vezana tla: 6 < Es,dyn / Es,stat < 20

9Temeljenje:Statiki koeficijent podloge:

Krutost temelja na rotaciju modelira se sa oprugom sljedeih

, ,, '

s stat s stats dyn

GRGR

E Ec

tf A

karakteristika:

Vrijednost krutosti opruge za razliite oblike temelja:) K d i lj (d lji i )

4GR S GR S GRS GR

GR GR

M E I E Ic c It A

a) Kvadratni temelj (duljina stranice aGR):

0,25GR GRt a 30,333 S GRc E a

Temeljenje:b) Kruni temelj (promjer dGR):

0, 25 0,125 0, 222GR GR GR GRt A d d

c) Prstenasti temelj (unutarnji promjer da, vanjski promjer di )djelotvorna dubina temelja tGr procijenjena je na tGr < 0,222 da

3 30,125 0,222S GR S GR S GRGR

E Ic E d E dt

4 4

0, 222S GR a iSGR a

E I d dc Et d

10

Temeljenje:- karakteristian oblik temeljne ploe armiranobetonskog tornja:- nedaleko tornja se nalazi graevina (kua, zgrada) sa telekomunikacijskom opremom

- podzemnim kabelom suvezani graevina i toranj- kabeli se uz toranj nalaze u ahtu

- problem je otvor u dnut j l k b ltornja za prolaz kabela- oslabljenje dna tornja

Tijelo tornja:

- najbolji konstrukcijski l telement

je zatvorena betonska cijevkrunog ili poligonalnog poprenog presjeka

zailjena konstrukcija- zailjena konstrukcija penjajueg ili kliznog oblika

11

Armiranje tijela tornja:

- vertikalna armatura: ipke na razmacima 10 15 cmrazmacima 10-15 cm

- prstenasta armatura za prihvaanje radijalnih sila

Platforme tornjeva:

- ovjeene platforme(plosnata konoidna ljuska)

- klasina konzola

12

Vee platforme tornjeva: - izvedba tijela tornja do poloaja krunog AB prstena- prsten je u pravilu cca dvostruke debljine stjenke tornja- naknadno se izvode konzole promjenjive visine

Manje platforme tornjeva: - izvedba tijela tornja konstantne debljine podiznom

oplatom- ostavljanje nastavka armature za sidrenje konzole

13

Promjena promjera tornja - detalj promjene promjera tornja- armiranobetonski prsten za sidrenje gornjeg dijela tornja

Vrh tornjeva: - detalj zavretka vrha tornja- armiranobetonski prsten za sidrenje elinog tornja

14

Dimenzioniranje tornjeva: Dimenzioniranje prema teoriji 2. reda:

- prva faza: proraun po teoriji I. reda. - druga faza: priblini postupak za odreivanje poveanja sila po teorije 2. reda:- odnos modula elastinosti elika i betona:- idealni moment tromosti krunog prstena:

da vanjski promjer prstenadi unutarnji promjer prstenara vanjski polumjer prstena

SE

cm

EE

4 4 3 3a v js po u je p s eri unutarnji polumjer prstenat debljina prstenaa koeficijent armiranja vanjske armature i koeficijent armiranja unutarnje armature

4 4 3 364i a i E a a i iI d d r r t

Dimenzioniranje tornjeva: Dimenzioniranje prema teoriji 2. reda:

- faktor uveanja momenta savijanja dobivenog prema teoriji I. reda:2N h

N vertikalna sila na temelj tornjahF visina tornjaECm srednja vrijednost sekantnog modula elastinosti betonaIC srednja vrijednost momenta tromosti

22 F

cm c

N hE I

IC srednja vrijednost momenta tromosti

- moment prema teoriji 2. reda: 21 0 , 9 0II IE d E dM M

15

Dimenzioniranje tornjeva:

Modeliranje tornja FEM metodom:

- za granino stanje nosivosti betonskog tornja potrebno je obuhvatiti geometrijsku nelinearnost (teorija 2 reda) i materijalnu nelinearnostgeometrijsku nelinearnost (teorija 2. reda) i materijalnu nelinearnost

Numeriki model:- tapni model tornja sa razmakom vorova od a 1 do 2 gdje je promjer tornja promjer tornja

-tapni elementi sa linearno promjenjivim krunim poprenim presjekom - popustljivost tla ispod temelja na zakretanje modelirano je oprugom


Stabilnost tornjeva na mekom tlu:

- na deformiranom statikom sustavu (prema teoriji 2. reda !!) nastaje (p j ) jdodatni moment zakretanja:

koji djeluje istodobno sa momentom

1 sinS SM G h G h

savijanja od horizontalnog djelovanja:

2M H h

16


- oba momenta djeluju na temelj kontaktne povrine A, momentom tromosti I i modulom ks uzrokujui naprezanja na tlo:

1 2 S SxM M k x tg k xI - uvrtavanjem M1 i M2 dobivamo:

- u ovoj jednadbi sa lijeve strane je djelovanje, a s desne otpornost

- stabilnost tornja je ostvarena, ako vrijedi::

I

S SH h k I G h

- ako postoji sumnja u rezultate plitkog temeljenja, potrebno je toranj duboko temeljiti

S SIh kG


Djelovanje vjetra:

- prijedlog pritiska vjetra na tornjeve do visine 200 m prema njemakim normama:

- vjetrovna zona 1: qi = 0,80 + 0,003 zi [kPa]- vjetrovna zona 2: qi = 1,05 + 0,003 zi [kPa]- vjetrovna zona 3: qi = 1,25 + 0,004 zi [kPa]- vjetrovna zona 4: qi = 1,50 + 0,005 zi [kPa]- vjetrovna zona 5: qi = 1,80 + 0,004 zi [kPa]

Vjetrovna zona I II III IV VVjetrovna zona WZ

I II III IV V

vref [m/s] 22,5 25,0 27,5 30,0 32,5

- u Hrvatskoj djelovanje vjetra treba definirati odgovarajuim Nacionalnim aneksom normi EN 1991-1-4

17

Dimenzioniranje tornjeva: Djelovanje vjetra:


preporuka: za brzinu vjetra od 35 m/s uzeti1, 20 1,80 0,004 2,16 0,004i iq h z

18


- rezultirajue optereenje vjetrom na popreni presjek tornja:

gdje je B faktor udara vjetrai B fi i iW c q A

- poveanje pritiska vjetra prema DIN 1056, A.1.2:qi = q0 + q zi [kPa]

q0 - pritisak vjetra na povrini terena [kPa]

zi - visina poprenog presjeka tornja iznad povrine tla [m]q0 - 98 % kvantil srednja vrijednost pet sekundne brzine vjetra


Primjena na tornjeve :- statiki pritisak je odreen kao srednja vrijednost deset-minutne brzine vjetra

,

150,4 0,2 0,40

185i

i stat i i

zq q q

- statiki dio sile vjetra nije potrebno mnoiti sa faktorom udara vjetra- dinamiki dio pritiska vjetra mnoi se sa faktorom udara vjetra:

185

, ,i dyn B i i statq q q - ukupno djelovanje je zbroj statikog i dinamikog djelovanja vjetra (na 70 m visine tornja gdje djeluje udar vjetra)

- na ostalom dijelu djeluje qi,stat odreen prema gornjoj jednadbi

19


- osnovni period oscilacija prema DIN 4131:konzola (dno tornja upeto u temelj)

- Gi teina materijalne toke na tornju na udaljenosti yi od temelja

2

2 2i i

i

i ii

G yT

g G y

Slika: Dinamiki model tornja


Postupak prorauna:1. odreivanje osnovnog perioda oscilacija modela sa jednim

stupnjem slobode pri emu je sva masa smjetena na visini fradne platforme

2. prethodno dimenzioniranje na temelju izraunatog B - faktora udara vjetra

3. tonije odreivanje osnovnog perioda vibracija temeljem energetske metode (prema DIN 4131)energetske metode (prema DIN 4131)

4. konano odreivanje B - faktora udara vjetra5 provjera osjetljivosti na vibracije

20

Dimenzioniranje tornjeva: Analiza vibracija telekomunikacijskog (televizijskog) tornja:

1. statiki model sa dinamikim modulom elastinosti c,stat2. u modelu je potrebno uzeti vlastitu teinu tornja i nazovi-stalni2. u modelu je potrebno uzeti vlastitu teinu tornja i nazovi stalni

dio korisnog optereenja; optereenje se nanosi kao horizontalne koncentrirane sile Gi na tapnom modelu tornja

3. odreivanje linije progibanja sa ordinatama yi na tapnom modelu

4. odreivanje osnovnog perioda oscilacija prema DIN 4131:2

2 2i i

i

i ii

G yT

g G y


Analiza vibracija telekomunikacijskog (televizijskog) tornja:

5. faktor udara vjetra B prema DIN 1056:

- osnovna vrijednost:

- logaritamski dekrement priguenja

0B B

2 0,630 1 0,042 0,0018B T T

- = 0,04 za armirani beton za granino stanje uporabljivosti

1,05 1,01000

21


- temeljem viegodinjih opaanja, djelovanje udara vjetra ogranieno je na duljinu od maksimalno 70m

- utjecaj udara vjetra se primjenjuje na razliite visine ( = qi,dyn )

- u pravilu je najnepovoljnije nanoenje optereenja na posljednjih 70m visine tornja

di iki f kt DIN 1056 A 1 3- aerodinamiki faktor prema DIN 1056, A. 1.3.:

- osnovna vrijednost za kruni armiranobetonski popreni presjek:

0,fi f ic c

0, 0,95f ic


- faktor umanjenja :0,65 0,0035 h

d

h visina betonskog dijela tornja d vanjski promjer na polovici visine

- pripadna povrina na odsjeku i:

dj l j j d j k i j

,i A i iA d h

W A- djelovanje vjetra na odsjeak i tornja: i B fi iW c A

22


Ostala promjenjiva djelovanja:

1. Korisno optereenjea) korisno optereenje unutar tornja- optereenje opremom ili korisno optereenje na stubitu- ovo optereenje se nanosi kao linijsko optereenje po jedinici visine tornja- djeluje sa ekscentricitetom eN

b) Korisno optereenje na platformama- na platformama djeluje optereenje antena ili korisno optereenje

Dimenzioniranje tornjeva: 2. Temperaturno djelovanje:

a) nije potrebno promatrati deformacije uslijed jednostranog zagrijavanja tornja izloenog djelovanju sunca prema DIN 1056, (faktor kombinacije za djelovanje temperature sa vjetrom iznosi(faktor kombinacije za djelovanje temperature sa vjetrom iznosi nula za granino stanje nosivosti GSN)b) temperaturni gradijent u stijenki tornja zbog razliitih klimatskih uvjeta prema DIN 1056, 7.6.1.

T = 15CT 15 Ciz toga slijedi termiki gradijent deformacije:

51015 0,0752 2T TT

23


PRORAUN DEFORMACIJA:- proraun prema teoriji 2. reda:1 i i f ij1. tapni model sa imperfekcijama2. radni dijagram naprezanje deformacija betona i elika

ukljuujui i vlano ovrenje3. kritina kombinacija stalnog djelovanja- imperfekcije:

a) netonost izvedbe nagib vertikalne osi od: 0= 1 / 500 = 0,002b) nejednoliko slijeganje temelja ovisno o karakteristikama tlac) deformacije uslijed jednostranog zagrijavanja tornja sunevim

zrakama nije potrebno uzeti u obzir


DOKAZ GRANINOG STANJA UPORABLJIVOSTI:Prema DIN 1045-1 za armiranobetonski toranj bez prednapinjanja:

O i i i i i j i iOvisno o klasi izloenosti i zahtjevu investitora:

1. klasa D , dokaz irine pukotina w=0,2 mm za estu kombinaciju2. Klasa E, dokaz irine pukotina w=0,3 mm za nazovi-stalnu

kombinaciju djelovanja

Ogranienje deformacija:- kut zakretanja zbog uporabljivosti antene mora biti 0,5za

estu kombinaciju djelovanja: 1,0G + 1,0Q + 0,50W

24


- dijagram deformacija poprenog presjeka pod djelovanjem vjetra


- definiraju se uvjeti ravnotee na poprenom presjeku (N, M) koji omoguavaju iterativno odreivanje konanih deformacija poprenog presjeka:

25

elini jarboli na betonskimtornjevima:- elina reetka (ili cijev) usidrena

u betonski dio tornja- popreni presjek veinom

esterokut (heksagon)

Tornjevi graeni od predgotovljenih armiranobetonskih segmenata:

- temelj je monolitan

- u temelj su usidrene natege za prednapinjanje

- tim nategama se unosi tlana sila

26

Tornjevi graeni od predgotovljenih segmenata:


- detalj spoja spojapredgotovljenih armiranobetonskih segmenata

27


Rashladni tornjevi:- hiperboline konstrukcije koje se pojavljuju kao dio veeg inenjerskog sklopa

Razvoj tornjeva kroz povijest:

28

Dijelovi rashladnih tornjeva:

- temelji

- stupovi baze (dijagonalni, meridijalni, vertikalni)

- nadvoj (koncentrirane sile stupova distribuira u zid ljuske kao kontinuirano optereenje)

- ljuska (hipar, h=16-18cm)ljuska (hipar, h 16 18cm)

- lokalna ukruenja

- vijenac

i i t j k t k ij k d b

Projektiranje i izgradnja:

- sigurne i trajne konstrukcije ako su dobro projektirane

- znaajan utjecaj vjetra na konstrukciju

- ukruenja konstrukcije postaviti na adekvatna mjesta (prsteni)

- armiranje ljuske (vertikalna i kruna armatura)

29

- betoniranje u segmentima- prijenos materijala toranjskimdizalicama sidrenim u gotovim dijelovima ljuske

- velike varijacije blik i

Vodotornjevi:

oblika nosive konstrukcije i spremnika

- betonski i elini

30

Vjetroelektrane:

Tlocrt pilota:

Vjetroelektrane:

31

Vjetroelektrane: - temelj vjetroelektrane

Vjetroelektrane:

- izvedba tornja vjetroelektrane nakopnu od predgotovljenih segmenata

32

Vjetroelektrane izgradnja:


- detalj spoja susjednih predgotovljenih segmenata vjetroelektrane

33


- prednapinjanje predgotovljenih segmenata

- spajanje predgotovljenih segmenata sa vijcima

Vjetroelektrane izgradnja:- izvedba kasetiranog temelja koji se naknadno puni tlom i kamenjem

34

Vjetroelektrane izgradnja:- izvedba kasetiranog temelja koji se naknadno puni tlom i kamenjem


- ugradba predgotovljenog temelja pomou dizalice

- doprema predgotovljenih temeljaiz suhog doka

35

Problemi oblikovanja tornjeva:

Optereenja tornjeva:-vlastita teina djelovanje vjetra potresna optereenjavlastita teina, djelovanje vjetra, potresna optereenja, temperaturne promjene, geometrijske imperfekcije graevine, slijeganje temeljnog tla

Dominantan utjecaj vjetra: - jaina i smjer vjetra-oscilacije vjetra

-ogranienje sila i naprezanja-ogranienje sila i naprezanja-faktori sigurnostiMetode analize:- 2D i 3D MKE (FEM) prorauni

Visoke graevine u Hrvatskoj:

Dimnjak ELTO, Zagreb:- visina dimnjaka H=200m-projektiran je kao AB konzola- za temperaturu dimnih plinova 150-

200C- debljina nosive stijenke trupa varira

od 45-20cm - izvedba u kliznoj tehnologiji

najvia graevina u Hrvatskoj jedimnjak termoelektrane Plomin:

H > 300m

36

Termoelektrana Rijeka I.:- visina dimnjaka H=175,5m - temelj dimnjaka je

armiranobetonska konstrukcija kotlovnice visine h=70 5mkotlovnice visine h=70,5m

- tlocrtne dimenzije kotlovnice su 3131m, a ine ju meusobno povezani stupovi (55m) i grede sanduastog poprenog presjeka u tri razine

Sljemenski toranj:- visina tornja je H=175m- izgraen za potrebe

televizije (telekomunikacija)- u podrumsko-prizemnom

dijelu su pogonski i pomoni ureaji

- donja gondola: ureaji HTV, etiri etae na koti +15m

- trei dio su etiri konzolne ploe za zrcalne antene

- gornja gondola za turistike svrhe na koti +70m

37

- AB stup je visine 90m

- u njemu su smjetena dizala, stubita i vertikalne instalacije

- stup tornja je okrugla AB cijev poetnog promjera 6,90m i debljine zidova 65cm

- na koti 20,3m zidovi se simetrino suuju na 35cm

- elini dio stupa s antenom visok je 86m

Znaajke i izvedba:

- temelj je kruna po obodu dij l d tradijalno prednapeta

ploa

38

- betonski dio stupa izveden je u kliznoj oplati- donja gondola oslanja se na stup pomou obrnuto okrenute konusne ljuske- najvei promjer ljuske 20,5m -d blji tij k lj k 35debljine stijenke ljuske 35cm- dolje zglobno oslonjena na stup- gore pridrana prednapetim obodnim prstenom

- gornja gondola je rijeena slino kao i donja, najvei promjer j j p j15,5m, debljine stijenke 30cm

- za izvoenje ljuske gornje gondole i konzolnih ploa primijenjen je sustav podizno-sputajue oplate

39

- za ubrzanje izvedbe ugraeni beton je grijan (elektrino zagrijavanje sa icama ugraenim u beton)

- opisani postupak izvoenja omoguavao je nesmetani rad na vie mjesta

- za vrijeme izvoenja donje gondole montiran je elini dio tornja, a u toku izvoenja konzolnih ploa izvodile su se ravne ploe gornje gondole i montirao elini dio

123264484 proracun kruznog temelja

Documents