CZ35698U1 - Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí - Google Patents

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká systému pro zesilování historických mostních konstrukcí.

Dosavadní stav techniky

Od počátku stavitelství byly na mostní konstrukce kladeny nároky na základě znalostí a dovedností dané doby, avšak s uvážením určitého výhledu do dob budoucích a možného narůstání nároků na zatížení vlivem větších dopravních intenzit. Díky tomu mohlo dojít k prodlužování životnosti těchto mostů, které stále plní svoji funkci, ačkoliv jejich přechodnost je již mnohdy na hranici možností. Vyšší užívání mostu pak vede k častějšímu vzniku poruch a defektů a následné nutnosti stavebního zásahu.

Zesilování je sanační proces s cílem zachování stávající konstrukce funkční, a především bezpečné pro další užívání. Při volbě vhodného zesílení je důležité zhodnocení výhod a nedostatků použitelných metod. V dnešní době se k nároku na funkčnost opravného zásahu přidává i nárok na minimalizaci zásahu do konstrukce, a to jak konstrukčního systému, tak do celkového vzhledu. Veškeré zásahy mají být reverzibilní a projekt i realizace zesílení musí být důkladně zdokumentovány.

Od konce minulého století bylo k zesilování přistupováno se snahou o použití stejných materiálů. Dodatečné použití různých materiálů nemusí být nutně nevhodným řešením, nicméně je třeba přihlédnout k možné změně rázu konstrukce a odlišné funkce statického systému.

Bohužel se najdou i takové realizace, kdy na možné dopady nebyl brán zřetel. Během 50. let minulého století došlo k betonáži masivní desky mostovky do historické ocelové příhradové konstrukce v intravilánu jednoho z menších měst v jižních Cechách. Cílem zesílení bylo umožnění přejezdu těžších nákladních vozidel po historickém mostě. V konečném důsledku však došlo k nadměrnému zvýšení namáhání mostu vlastní tíhou betonové desky což po několika letech vedlo k úplnému uzavření mostu pro silniční dopravu. Dodnes je používán pouze jako lávka pro pěší.

Metody zesilování ocelových konstrukcí lze obecně dělit na metody pro zvýšení statické únosnosti a metody pro zvýšení únavové životnosti. I když se obě metody mohou prolínat, postupy a použité principy se většinou od sebe liší.

Mimo standardní metody, zahrnující přidávání příložek. úpravy profilu, ať již nýtováním, šroubováním, nebo svařováním, nebo využití předpínacích tyčí či kabelů, se v současné době zkoumají i jiné technologie. Jde například o použití předpínacích lamel na bázi uhlíkových vláken. Zatímco na betonové konstrukce je jejich použití již běžné, pro ocelové konstrukce je lze využít pro zvýšení únavové pevnosti či zvýšení ohybové únosnosti. Pro maximální efektivitu je ale nutné jejich předepnutí. To je ale často obtížné, pro vyšší zatížení jsou kotvy mohutné a složité, obtížně se upevňují a komplikovaně se dají umístit hydraulické předpínací lisy. Tento problém se ale týká i jiných systému předpětí, které vyžadují složité přípravky pro provedení. Stávající metody zesílení vedou obecně na neakceptovatelně velké zásahy do rázu historických mostních konstrukcí.

Podstata technického řešení

Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí podle technického řešení je tvořena podlouhlým prvkem ze slitiny Fe-Mn-Si s austenitickou mikrostrukturou. na obou koncích

-1CZ 35698 UI opatřeným kotevními prvky pro upevnění ke stávající historické mostní konstrukci, předepnutým tepelně aktivovanou vratnou martenzitickou transformací.

Schopnost vratné martenzitické transformace z ε-martenzitu na γ-austenit je materiálová charakteristika umožňující obnovit původní tvar popřípadě napěťový stav v důsledku aktivačního ohřevu a následného ochlazení. Díky této vlastnosti je možné tento materiál použít jako předpínací výztuž pro stavební konstrukce.

Materiál se za běžných teplot přetváří do stavu s trvalou deformací a poté se aktivuje zesílení ohřevem na určitou aktivační teplotu. Po následném chladnutí se v materiálu vyvine předpínací síla.

Podlouhlý prvek je výhodně vybraný ze skupiny tvořené tyčemi, lany a pásky. V dalším výhodném provedení je podlouhlý prvek je po své délce opatřen deviačními prvky.

Kotevní prvky jsou výhodně vybrány ze skupiny tvořené předpjatými šrouby, hřeby, chemickými kotvami.

Podlouhlý prvek je s výhodou opatřen protikorozní ochranou, která je v nej výhodnějším provedení tvořena třívrstvým nátěrovým systémem minimální tloušťky 300 pm.

Objasnění výkresů

Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí podle technického řešení je znázorněna na následujících výkresech, kde znázorňuje:

Obr. 1 použití jako globální podélná výztuž stávající historické mostní konstrukce.

Obr. 2 použití jako lokální podélná výztuž kritických prvků s minimální stavební výškou,

Obr. 3 použití jako dodatečná externí smyková výztuž,

Obr. 4 použití jako dodatečná předpínací výztuž skrytá ve stávající historické mostní konstrukci.

Obr. 5 použití jako zesílení únavové trhliny,

Obr. 6 použití jako zesílení typického únavového detailu stávajících historických mostních konstrukcí.

Příklady uskutečnění technického řešení

Příklad 1

Příkladné řešení dodatečné výztuže pro zesílení historických mostních konstrukcí podle technického řešení je zobrazeno na obr. 1. Sestává z podlouhlého prvku 1 ve formě tyče ze slitiny Fe-Mn-Si s vratnou martenzitickou transformací. Na koncích je opatřen kotevními prvky 2 ze svařených plechu a kotevních vysokopevnostních šroubů připevněných na stávající historickou mostní konstrukci 3. Po délce rozpětí jsou umístěny deviační prvky 4 kotvené ke stávající historické mostní konstrukci 3 udržující navrženou excentricitu podlouhlého prvku 1.

-2CZ 35698 UI

Příklad 2

Dalším příkladem technického řešení, viz obr. 2. je lokální zesílení kritických prvků stávající historické mostní konstrukce 3. Zesílení je navrženo s minimální stavební výškou, ideální pro provádění ve stísněných prostorech. Tepelně aktivovaný předepnutý podlouhlý prvek i tvořený tenkým páskem slitiny Fe-Mn-Si s vratnou martenzitickou deformací je na koncích opatřen kotevními prvky 2 tvořenými hřeby pro připevnění ke stávající historické mostní konstrukci 3.

Příklad 3

Podlouhlý prvek 1 je v provedení smykové výztuže ve formě tenkého pásku slitiny Fe-Mn-Si s vratnou martenzitickou transformací obepnut okolo zesilovaných prvku stávající historické mostní konstrukce 3. Na koncích je opatřen kotevními prvky 2 tvořenými chemickými kotvami. Zesílení takto opět tvoří dodatečnou externí smykovou výztuž s minimální stavební výškou a možností jednoduché tepelné aktivace předepnutí.

Příklad 4

V dalším provedení je podlouhlý prvek i ve formě lan ze slitiny Fe-Mn-Si s vratnou martenzitickou transformací s ukotvením kotevními prvky 2 ve formě chemické kotvy připevněn do částečně vybourané části betonu stávající historické mostní konstrukce 3. Po předepnutí tepelnou aktivací je podlouhlý prvek i s kotevními prvky 2 opět zabetonován. Tímto řešením je dosaženo zesílení stávající historické mostní konstrukce 3 a zároveň i skrytí jakéhokoliv zásahu do jejího vizuálního obrazu.

Příklad 5

Dalším příkladným řešením je zesílení detailu únavové trhliny. Podlouhlý prvek i ve formě tenkého pásku slitiny Fe-Mn-Si s vratnou martenzitickou transformací s kotvícími prvky 2 ve formě hřebu je přikotven po bocích únavové trhliny kolmo na směr jejího šíření. Tepelně aktivovaným předepnutím je cíleno na zamezení dalšímu šíření únavové trhliny na stávající historické mostní konstrukci 3.

Příklad 6

Dalším příkladným řešením je zesílení typického únavového detailu prvkových mostovek stávajících historických mostních konstrukcí 3. Podlouhlý prvek i ve formě tenkého pásku slitiny Fe-Mn-Si s vratnou martenzitickou transformací s kotvícími prvky 2 ve formě vysokopevnostních šroubuje přikotven do podélníků stávající historické mostní konstrukce 3. Podlouhlý prvek i je veden přes styk podélníků s příčníkem stávající historické mostní konstrukce 3.

Průmyslová využitelnost

Progresivní metoda zesílení mostních konstrukcí podle technického řešení umožňuje rychlou a efektivní aplikaci zesílení na oslabené či jinak nedostačujících prvky mostních konstrukcí.

Vzhledem k jednoduchosti celkové instalace a aktivace bez nutnosti hydraulických předpínacích lisu a složitých kotevních systému, lze využívat pro opravné práce především ve stísněných nebo špatně dostupných prostorách. Jedná se o efektivní metodu zesílení nenarušující historické a kulturně hodnotné mostní konstrukce.

Claims (6)

1. Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí, vyznačující se tím, že je tvořena podlouhlým prvkem (1) ze slitiny Fe-Mn-Si s austenitickou mikrostrukturou, na obou koncích opatřenými kotevními prvky (2) pro upevnění ke stávající historické mostní konstrukci (3), předepnutelným tepelně aktivovanou vratnou martenzitickou transformací.

2. Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí podle nároku 1, vyznačující se tím, že podlouhlý prvek (1) je vybraný ze skupiny tvořené tyčemi, lany a pásky.

3. Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že kotevní prvky (2) jsou vybrány ze skupiny tvořené předpjatými šrouby, hřeby, chemickými kotvami.

4. Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí podle nároků 1 až 3, vyznačující se tím, že podlouhlý prvek (1) je opatřen protikorozní ochranou.

5. Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí podle nároků 1 až 4, vyznačující se tím, že protikorozní ochrana je tvořena třívrstvým nátěrovým systémem minimální tloušťky 300 pm.

6. Dodatečná výztuž pro zesílení historických mostních konstrukcí podle nároků 1 až 5, vyznačující se tím, že podlouhlý prvek (1) je po své délce opatřen deviačními prvky (4).

2 výkresy