10
„A legszebb dolog amit kutathatunk: a rejtély. Ez a művészet és az igazi tudomány forrása”. Einstein Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének problematikája a vasúti hídak gyakorlatában Premature loading of concrete and reinforced concrete in the railways constructions Problematica încărcării prematură a structurilor de beton şi beton armat în practica podurilor de cale ferată Dr.MIHALIK András Regionális Tudományos Kutató Csoport „Építmények viselkedése és diagnosztikája” (KAB) Nagyváradi Egyetem Abstract: In this paper, the author aimed to present the premature loading of concrete, reinforced concrete and precompressed concrete, the problems connected with premature loading. Studies and laboratory research as well as bridge constructions and their sample tests performed before putting into use were described. Rezumat: În prezenta lucrare autorul se preocupă cu problema încărcării prematură a betonului şi a betonului armat, respectiv a betonului precomprimat, cu problematica acestora. Sunt prezentate studii şi crecetări de laborator, cât şi execuţia construcţiilor de poduri de cale ferată, încercarea de probă ale acestora înaintea dării în exploatare. Összefoglaló:A szerző tanulmányában a beton és vasbetonszerkezetek korai terhelésének a problematikájával, kérdéseivel, történetével foglalkozik, felelevenítve a témakör erre vonatkozó eddigi tudományos kísérleteit, valamint a gyakorlati kivitelezések alkalmával a próbaterheléseknél elért pozitív eredményeket, a vasúti és közúti hídak esetében. Kulcsszavak: korai terhelés, beton, vasbeton, hidratáció, fizikai-kémia mechanika, konszolidáció, kolloid kémia, hidak. A PROBLÉMA FELVETÉSE A beton egy bonyolult, heterogén anyag, amelynek a viselkedését terhelés alatt úgy lehet elképzelni mint egy két komponens alkotta rendszert: makroszinten – „adalék anyag- habarcs” és mezoszinten „adalékanyag- cementkő”. A folyamatok bonyolultsága, amelyek biztosítják a beton struktúrájának, szerkezetének, a fizikai- mechanikai paraméreteit, alapjában véve meghatározták az empírikus karakterét a beton tudomány fejlődésének. Egy meghatározott fejlődési fokon ez a módszer a megismerésnek, a tanulmányozásnak, egyedüli lehetséges módszere volt ami biztosította a mérnöki gyakorlatban a széleskörüen véghezvitt kísérletek adatainak az összegyűjtését valamint elraktározását. Ennek az empírikus módszernek a felróható fő hibája, a tévedése, az elszakadása, eltávolodása az alaptudományoktól, ami odavezetett, hogy a kutatások valamennyi konkrét régiójában, a szilárd testek mechanikai jellemzői- sajátosságai,

Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

  • Upload
    others

  • View
    7

  • Download
    0

Embed Size (px)

Citation preview

Page 1: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

„A legszebb dolog amit kutathatunk: a rejtély. Ez a művészet és az igazi tudomány forrása”. Einstein Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének problematikája

a vasúti hídak gyakorlatában

Premature loading of concrete and reinforced concrete in the railways constructions

Problematica încărcării prematură a structurilor de beton şi

beton armat în practica podurilor de cale ferată

Dr.MIHALIK András

Regionális Tudományos Kutató Csoport „Építmények viselkedése és diagnosztikája” (KAB) Nagyváradi Egyetem

Abstract: In this paper, the author aimed to present the premature loading of concrete, reinforced concrete and precompressed concrete, the problems connected with premature loading. Studies and laboratory research as well as bridge constructions and their sample tests performed before putting into use were described. Rezumat: În prezenta lucrare autorul se preocupă cu problema încărcării prematură a betonului şi a betonului armat, respectiv a betonului precomprimat, cu problematica acestora. Sunt prezentate studii şi crecetări de laborator, cât şi execuţia construcţiilor de poduri de cale ferată, încercarea de probă ale acestora înaintea dării în exploatare. Összefoglaló:A szerző tanulmányában a beton és vasbetonszerkezetek korai terhelésének a problematikájával, kérdéseivel, történetével foglalkozik, felelevenítve a témakör erre vonatkozó eddigi tudományos kísérleteit, valamint a gyakorlati kivitelezések alkalmával a próbaterheléseknél elért pozitív eredményeket, a vasúti és közúti hídak esetében. Kulcsszavak: korai terhelés, beton, vasbeton, hidratáció, fizikai-kémia mechanika, konszolidáció, kolloid kémia, hidak. A PROBLÉMA FELVETÉSE

A beton egy bonyolult, heterogén anyag, amelynek a viselkedését terhelés alatt úgy lehet elképzelni mint egy két komponens alkotta rendszert: makroszinten – „adalék anyag- habarcs” és mezoszinten „adalékanyag- cementkő”.

A folyamatok bonyolultsága, amelyek biztosítják a beton struktúrájának, szerkezetének, a fizikai- mechanikai paraméreteit, alapjában véve meghatározták az empírikus karakterét a beton tudomány fejlődésének.

Egy meghatározott fejlődési fokon ez a módszer a megismerésnek, a tanulmányozásnak, egyedüli lehetséges módszere volt ami biztosította a mérnöki gyakorlatban a széleskörüen véghezvitt kísérletek adatainak az összegyűjtését valamint elraktározását. Ennek az empírikus módszernek a felróható fő hibája, a tévedése, az elszakadása, eltávolodása az alaptudományoktól, ami odavezetett, hogy a kutatások valamennyi konkrét régiójában, a szilárd testek mechanikai jellemzői- sajátosságai,

Page 2: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

nem lettek figyelembe véve. Olyan elképzelés is létezett- talán még most is létezik valahol-, hogy a betonnal kapcsolatos kutatásokat el kell különíteni a többi tudománytól.

A tudományos kérdések, problémák megoldásánál szükségesnek látszik a modern fizika koncepciójának követése. Az anyagtudományoknak a modern alapját a szilárd testek fizikája képezi, amely sikereit a kvantum mechanikának, az atomelmélet fejlődésének köszönheti. Ez lehetségessé tette, felfedni a természetét a különböző anyagok kristály szerkezetének, az erőterét, megmagyarázni a deformációk és törések mechanizmusát, valamint más jelenségeket és sajátosságokat is.

A beton tudományát egyelőre a technológiája képviseli, ki vannak dolgozva egyes elméleti aspektusok amelyek a beton deformációját és szilárdságát érintik. A kutatások ebben az irányban már régóta folynak, elkezdődtek, de még nincsenek egyelőre megfelelő módon általánosítva, valamint tudományosan megalapozva egyes esetekben.

Jól ismert tény, hogy a terhelések állandó vagy hosszútávu hatása alatt veszélyt jelentenek azok a nominalizált feszültségek amelyeknek a nagysága a határfeszültség értékénél jóval alatta helyezkedik el és amelyek teljesen veszélytelenek a megszokott, gyakori kísérleti terheléseknél. Másfelől ezeknek a kisebb feszültségeknek a használata, amelyek a hosszútávú statikai szilárdság határfeszültsége (vagy a kuszás határfeszültsége) alatt helyeszkednek el, a periódikus terheléseknél nem csak hogy nem veszélyesek, hanem valósággal az anyag tréningezői, kiváltva, előidézve a beton konszolidációját, az elkövetkezendő viselkedésénél.

Ez a technológiai megfigyelés, elemzés, jelenti a beton és vasbetonszerkezetek korai terhelésének tudományos megalapozását. Ennek a tudományos állításnak alkotó módon való kidolgozása, a lejátszódó folyamatok, a korai terhelés hatására, nem csak a beton plasztikus deformációjának az előidézői, hanem a megfelelő deformációs konszolidáció okozói is- s ami különösen fontos – a pontszerü vagy felületi, térfogati, helyi deformáció, folytatólagos, disszkontinuitás nélküli tömörítésével, mintegy „gyógyítja” a gyenge felületeket, a hidratációs szilárdulás eredményeképpen.

A különösen értékes kísérleti eredmények és ezeknek az alapján kapott általános törvényszerüségek, egy új jelenséget- a beton konszolidációját eredményezték, a szilárduló beton korai terhelése által.

Nyugodtan ki lehet jelenteni, hogy a beton és vasbetonszerkezetek korai statikai terhelésével, egy új fejezet kezdődött el a beton modern technológiájában.

A sajátos törvényszerüségek, az általános összegzések- az építői tevékenység speciális érdekei mellett- nagy jelentőségű általános tudományi értéket képvisel, létrehozván egy új határmenti régióját az ismereteknek, a fizika-kémiai mechanikát, a szilárd testek molekuláris fizikai határán, a fizika és kolloid kémia valamint mechanika között. 1. BEVEZETÉS A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják, határozzák meg.

A gyakorlati tapasztalatok kritikus elemzése lehetővé teszi a beton korai terhelésének, a technológiájának a bevezetését a hídépítési objektumoknál, a létező, ajánlott normatívokkal ellentétben. A fent említett lehetőséget alátámasztják a véghezvitt, szélesskáláju gyakorlati kutatások pozitív tapasztalatai. A tapasztalati adatok a régi és nagyszilárdságu betonok esetében azt mutatják hogy a statikai-dinamikai terhelés hatására, a mechanikai szilárdság kisebb, mint a spontán, gyors, megszokott próbaterhelések esetében (nyomás, húzás, lehajlás). Szem előtt tartva ezeket a tapasztalati, gyakorlati eredményeket, egyes kutatók úgy könyvelték el ezt a szilárdsági csökkenést a reális anyagoknál (jelen esetben a betonnál), mintha ez az anyagoknak a negatív sajátosságait tükrözné. Ugyanakkor az ilyen jellegü gondolkodás, amely a beton huzamosabb terhelésének tulajdonítja a szilárdság csükkenéséét - egyoldalunak tűnik, ugyanis nem tükrözi teljesen a statikai-dinamikai terhelés hatását.

Ennek egy korlátozott, limitált, gyakorlati értéke van, ugyanis az anyagok szilárdságának a csökkenése csak nagyon magas intenzitásu terhelésnél figyelhető meg, tapasztalható. Normális, üzemi körülmények között, az építmények kisebb feszültségeknek vannak alávetve. Ilyen körülmények között, ellenkezőleg, a beton az állandó statikai terhelés hatása alatt lévén, képes emelni a saját

Page 3: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

rugalmasságát és szilárdságát a strukturális elváltozások következtében, amely lejtszódik a betonban a plasztikus deformáció hatására.

Következésképpen, a hosszútávu statikai terhelése a betonnak meghatározott körülmények között, a szilárdságát nem negatívan hanem pozitívan befolyásolja.

A fent említett tapasztalati adatok a nagy szilárdságu és hosszú ideig szilárdulás alatt álló betonra vonatkoznak és nem a „friss” betonra, ahol a szilárdulási folyamat rövid időre korlátozódik, ahol a strukturális változások erősebben rajzolódnak ki a terhelések hatására.

Az első kísérletek a beton korai terhelésével kapcsolatban már 1932-ben elkezdődtek és A.V.Szatalkin nevéhez fűződnek. A fizikai-kémiai, valamint a kolloid kémiai tudományos kutatások P.Rebinder, akadémikus vezetésével történtek a Tudományos Akadémia fizikai-kémiai intézetében, valamint az MGU kolloid-kémiai tanszékén.

Az eddig elvégzett kísérletek, a gyakorlati tapasztalatok alapján ki lehet jelenteni azt, hogy a beton korai terhelése nem csak egy lehetséges engedélyezés, hanem egyike azon módszereknek, amelyek aktívan járulnak hozzá a beton strukturális kialakulásához, paramétereihez.

Megemlítjük, hogy ezideig a beton korai terhelése kisérletileg volt tanulmányozva, ellenőrizve, a gyakorlati kivitelezés körülményei között, valamint egyes objektumok bevezetése alatt, a következő, jellemző esetekben:

1. Hidak alépítményeinek korai terhelése; 2. Hidak zárószerkezetének (monolit-előregyártott) korai terhelése (nyomás, húzás,

lehajlás); 3. Hidak zárószerkezetének korai terhelése (utófeszített előregyártott elemek). A feszités

időtartamának csökkentése, szerelése. Lehetségesek más módozati felhasználások is, az építés vagy a rehabilitáció mérnöki

gyakorlatában.

2. A BETON STRUKTÚRÁJÁNAK MEGHATÁROZÓ SZEREPE, A BETON ÉS VASBETON SZERKEZETEK KORAI TERHELÉSÉNEK A PROBLEMATIKÁJÁBAN A beton, mint struktúra, szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú rendszerekből épül fel. A betonban található víz egyensúlyának a lehetséges változásai, pórusokkal telített struktúrája vezethet el oda, vagy szolgálhat alapul, hogy a betont pseudotestként szemléljük. A betonnak különböző fázisokra való felosztása, természetesen konvencionális megoldás, habár ez a struktúra bonyolultságát és heterogén voltát erősíti meg. A beton struktúráját különböző változásoknak lehet alávetni, a plasztikus deformáció állapotában, terhelés alatt és különösen a korai terhelések esetében. Teljes meggyőződéssel ki lehet jelenteni, hogy az adalék, inert anyagok, egy polidiszpersz kővázat alkotnak, amelyek plasztikusan nem deformálódnak a terhelés hatása alatt, sőt, visszafogják a szilárduló cementkő szabad deformációját; szintén nincsenek alávetve a plasztikus deformációnak azok a cementszemcsék, amelyek zónálisan nem vettek részt a hidratációs folyamatban. A beton lehetséges plasztikus deformációját kondicionálja a szilárduló cementkő, amely szintén egy bonyolult háromfázisú rendszer, időbeli változást szenvedve a cement szilárdulásakor. A víz amely „teliti” a betont s amely különböző állapotokban van jelen, ténylegesen, de különösen fontos szerepet játszik a struktúra alakulásában, valamint a plasztikus deformáció folyamatában. Végezetül, a plasztikus deformációnál, mindenek előtt, a korai időszakban, változhatnak a kölcsönhatás körülményei, az adalék anyagok valamint a cementszemcsék felületén a kötődés megváltozásának a hatására, a cementkő érintkezési pontjainál, az adalék anyagok felületén, valamint a belső kötődés az elválasztó felületeken, magában a cementkő volumenében.

A cement szilárdulásának modern elmélete amelyek a fizikai-kémiai folyamatokat tükrözik a vízzel történő reakcióban, kimutatta, hogy az alépterméke a cement hidratációjának a C2S-nek kristályos struktúrája van, amelynek a méretei rendkívül kicsinyek. Megjegyzendő, hogy az utóbbi időben, egyes tudósok véleménye szerint, a gel jelenléte, fázisa, nem jelenik meg a szilárduló cement struktúrában.

Amint a kisérleti és tapasztalati adatokból, anyagokból kitűnik, a cementkőben és betonban- különösen a korai fázisban- létezik egy számottevő mennyiségü, különböző nemü mikro és makro porozitás, amelyek ki vannak töltve vízzel és levegővel. Ezekben a víz mechanikusan van megkötve,

Page 4: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

visszafogva. Ez a tény arról tanuskodik, hogy van eshetőség a beton mechanikus tömöritésére, a strukturai, strukturális változtatásokra a külső erők hatása alatt. Élő példa erre a beton tömörítése préseléssel és az ismétlődő vibrálással a cement kötési folyamatában, már a beton egynapos korában. Hasonló konszolidáció érhető el a beton fiatal korában nyomással, a plasztikus deformáció alkalmával, korai terheléssel, úgy a nyomásra mint a húzásra valamint a lehajlásra.

A beton korai terhelésének a hatása annál nagyobb lessz, minél több cementkövet tartalmaz a beton, vagy ha minél fiatalab a beton, azaz ha kevésbé szilárd. Ez a tény arról is tanuskodik, hogy a beton konszolidációja terhelés hatására kondicionálva van a beton plasztikus deformációjával, amely a sttukturális változtatásokhoz vezet a beton volumenjében, valamint tömörségében. Úgy a nyomásnál mint a húzásnál a plasztikus deformáció alkalmával lehetséges a mechanikai modifikáció jelensége, azaz a diszperzitása a cementkő strukturális elemeinek és orientált-irányzott elhelyeszkedése a korai terhelés eredményeképpen.

Termeszetesen meg kell jegyezni, hogy a beton korai terhelésének premier felvetésével, a laboratóriumi kísérletek elvégzésével valamint a gyakorlati kivitelezések, kísérleti részlegek pozitív eredményei, az aktív beavatkozás a struktura formálásába, még nem jelentik azt, hogy minden probléma megoldódott ami a beton strukturájának az alakulását, valamint a beton sajátosságait, karakterét érintik. A problémakör még nem záródott le, az újabb hipotézisek, kutatások és a kísérletezések alkotó, tudományos légkörében.

3. A BETON KORAI TERHELÉSE NYOMÁSRA. LABORATÓRIUMI KÌSÉRLETEZÉSEK 3.1. A beton korai terhelése nyomásra.

Az elméleti feltevések bizonyítására valamint a megfelelő korekciókra- amit eddig említettünk- a téma felvetése után, speciális kísérleti kutatások sorozatai voltak végrehajtva, továbbfejlesztve az 1932-évi tapasztalatokat. A főcél az optimális és kritikus intenzitásu beton terhelések meghatározása, a cement minősége és mennyisége függvényében, ami feltételezi a beton kapacitását a plasztikus deformációra, a beton és a habarcs szilárdságát.

A tapasztalatok ismeretében, a következő variációk adódtak: • a terhelés intenzitása 0,1-0,6, néha 0,8, a habarcs vagy a beton határszilárdságából • a beton vagy a habarcs összetétele, azaz a cementkő mennyisége • a terhelére váró beton és habarcs szilárdsága • a nagyszemcséjű adalékanyag kinézete törtkő vagy folyamkavics, ami feltételezi mint

tényező az adhéziós erőket, valamint a kapcsolatát a cementkőnek az adalékanyag felületével, a belső surlódási erőket a betonban.

A kipróbált betonkockák méretei 10x10x10 cm, amelyeknek a korai terhelését a hidraulikus présen kialakított rugószerkezettel végezte el (1. ábra) A feszültségek nagyságát, a terhelésnek a maximális szilárdsága alapján állapitották meg, a terhelés megkezdésének a pillanatában. Egyes kockáknál a terhelés alatt mérték a deformáció nagyságát is, 0,001 pontossággal.

A deformációmérésnél a zsugorodástól és hőkibocsátásból származó deformációkat is mérték a nem terhelt kockákon.

1. ábraA próbakockák 10 x 10 x 10 cm nyomása,

hidraulikus prés rugószerkezetével  

2. ábra A beton konszolidációja nyomással,

különböző koru beton

bRσ

 

00

bRΔ  

Page 5: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

3.2. A beton szilárdsága statikai nyomó terhelés alatt

Az első kísérleteknél különböző intenzitással történt a beton terhelése, állandó recepttel, de különböző koru keverékkel. A terhelés 16,24 és 72 óra időközben történt, tehát a beton kora nem volt megegyező. A terhelés intenzitása 20,40 és 60%-os a beton szilárdságából, határszilárdságból, a terhelés pillanatában. A betonkeverék 1,0:1,6:3,4 320 Kg/m3 cementfogyasztásnál, beton márka 200, víz-cement tényező 0,57. Az eredmények a 2. ábrán látható. A deformáció a terhelés alatt állandóan növekvő tendenciát mutat, de mérsékelten csökken, elsímul, tudniillik az állandó terhelés alatt a beton szilárdsága növekedvén fékezi ezt a tendenciát.

4. A BETON KORAI TERHELÉSE LEHAJLÁSNÁL ÉS AZ ERŐK EXCENTRIKUS NYOMÁSÁNÁL 4.1. A beton korai terhelése lehajlásnál Mint kitűnik a létező műszaki irodalomból, a beton és vasbeton korai terhelésének kutatásával, befolyásolási konkrétumaival, eddig soha, senki nem foglalkozott, nem voltak kjsérletezések amelyek felfedték volna ezt a problémát, a különböző intenzitásu beton korai terhelése függvényében. A műszaki irodalomban szintén nem találkozunk annak a lehetőségével ami a beton korai terhelésének dinamikai kérdéseivel foglalkozna, a vasúti és közúti járművekre vonatkoztatva. A beton korai terhelésével foglalkozó kutatók a multban, kitartottak elméleti, tudományos elgondolásaik mellett, jelezvén, hogy a beton korai terhelése, nem csak egy lehetséges beleegyezés, hanem egy új módszer, aktív ráhatással a beton struktúrájának formálásában és sajátosságainak kimutatásában. Még a multszázad közepén elkezdődtek a kísérletezések laboratóriumi szinten vasbeton gerendák korai terhelésével. A 3. ás 4. ábra mutatja az eltört „gerendácska” keresztmetszetét törés után, a 8. ábra ezeknek a vasbeton gerendáknak a geometriai méreteit, vasalását és a terhelési modalitását a P erőkkel.

A kapott eredményeket az 5. ábra mutatja. Ahogy kitűnik az 5. ábrából, a vasbeton gerendák betonjának korai statikus terhelése 0,6 intenzitással, a törőterhelésből a terhelés pillanatában, nem hoz negatív, rossz befolyást, sőt még hozzájárul a teherbíróképesség növekedéséhez a gerendák esetében. A leghatásosabb volt a terhelés intenzitása 0,3-0,4 értékben a törőterhelésből Pt azaz 0,3-0,4

tPP

. Ezek a vasbeton gerendák a beton 3 napos korában voltak megterhelve és amikor ki lettek

próbálva 10 nap után, 28%-os többlet teherbírást mutattak, comparative azokkal a gerendákkal, amelyek nem szenvedtek korai terhelést. Ha a kapott eredmények nem lettek volna pozitivak a lehajlásnál, tehát a beton korai terhelése kompromitálta volna a hozzáfűzött reményeket, akkor ez a módszer a beton lehajlása esetében meggátolta volna a gyakorlati kivitelezéseket is.

3. ábra Egy 60 cm hosszu vasbeton gerenda specifikus törése

4. ábraA vasbeton gerendák vasalása és terhelési modalitása

a) rugalmas szokásos vasalás korai beton terheléssel b) beton terhelés nélküli gerenda

Page 6: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

5. A BETON KORAI TERHELÉSE EXCENTRIKUS NYOMÁSNÁL Az excentrikus nyomás egyike a legelterjedtebb erőhatásoknak, a beton és vasbetonelemek igénybevételénél, ugyanis az egyenletes nyomáserőkkel elég ritkán találkozunk a mérnöki gyakorlatban. Ugyanakkor meg kell említenünk azt is, hogy az építmények elemeinek igénybevétele excentrikus nyomásra, relative, a kutatása eléggé elhanyagolt. Ezek a kutatások is azt mutatják, hogy a tapasztalati adatok, valamint a számítások adatai nagy eltéréseket mutatnak a szilárdságtan jólismert képlete között (1).

W

eNFN ⋅±=σ (1)

Feltétlenül meg kell említeni, hogy a kísérletezések ezidáig vasbeton oszlopok esetében azt mutatják, hogy a teherbíró képessége ezeknek az oszlopoknak, a szilárdságtan képleteivel számítva, még a kis excentritásoknál is alacsony teherbíró képességet mutatnak. A különbözetek négyszögletes oszlopoknál +70%, T-oszlopoknál +29%.

Különös fontosságu kérdés alakjában jelentkezik a helyes számításoknál a feszitett szerkezeteknek, azok elemeinek a problémája, ugyanis, ugyanazon méretü keresztmetszeteknél a feszitett erő nagyságátűl függ a teherbírű képessége, például az illető gerendának. Kis excentritásnál, a beton feltételezett munkája alapjában megfelel a központos nyomásnak, azzal a különbséggel, hogy az optimális feszültségű helyzet nem elérhető a beton egész volumenjében. Az oldalak korlátozott száma a referátumnak nem engedi meg, hogy ezt a problémát tovább feszegessük, elégedjünk meg azzal , hogy a korai terhelés, az excentrikus nyomásra dolgozű szerkezeteknél egy specifikusan kükönleges

7. ábra A kísérleti gerenda T- keresztmetszettel (első tipus)

8. ábra Kísérleti gerenda T-keresztmetszettel (második

tipus)

5. ábra A teherbíró képesség növekedése a

vasbeton gerendákon lehajlás esetében, a beton korai terhelésének a

hatására  

6. ábraA vasbeton gerendák dinamikus-

vibrációs terhelése

Page 7: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

problémaként jelentkezik, amelyet csak tapasztalati úton lehetett kimutatni. Ennél a tipikus szerkezeti munkánál T keresztmetszetű „gerendácska” került a kísérletezés középpontjába (lásd az ábrát). 6. HíDAK ALÉPÌTMÉNYEINEK GYORSÌTOTT TERHELÉSE 6.1. A pillérek kísérleti terhelése Az első kivitelezése a kísérleteknek, korai beton terheléssel az 1950-es évekre tehető. A beton márka 170; a nyílászáró elemeknek a pilléreken, hídfőn fekvő felületének a beton márka 200.

A vasúti híd felépítménye vasgerendákbűl tevődik össze, 16,35m-es hosszal (9. ábra). A beton kora (alépítmény) a forgalom megnyitásakor 60 óra volt. A gerendák szerelése, a betonozás utáni 13 űra elteltével lett kivitelezve. A vasuti híd statikai és dinamikai terhelésnek volt alávetve. A statikai terhelésnél a két gőzmozdony úgy helyezkedett el, hogy a legnagyobb reakciűt provokálja a pilléren. A statikai prűbaterhelés időtartama 10 perc volt. A tíz perc eltelte után a két mozdony visszahúzódott, majd a második elhelyeszkedés után a statikai terhelés időtartama 1,5 órára nőtt.

A kísérleti híd terhelési próbájának egyes eredményeit a 11. ábra szemlélteti. A Poisson együttható érezhetően emelt értéke magyarázza, mutatja meg a fiatal beton plasztikus karakterét. Magas plaszticitással rendelkezvén, rugalmas, a cementkő kölső erők hatása alatt lévén a belső feszültségektől a beton deformálódik, formálódik, jobb lessz a kapcsolata, kohéziója az adalékanyag felületével s ennek eredményeképpen- amint már ezt említettük- a beton konszoli dálódik a korai terhelés hatására. 7. A TERHELÉS IDŐTARTAMÁNAK CSÖKKENTÉSE, A HIDAK VASBETON GERENDÁINÁL Az első kísérletek a nyílászáró szerkezetekkel az 1951-es évekre tehetők és a 12. ábrán látható hídnál lettek alkalmazva a korai beton terhelésekkel, valamint kipróbálva az önsúly és a dinamikus

9. ábra A kísérleti 42,51 m-es hídszerkezet, 16,35m-es vasbetongerendákkal 

10. ábra A híd statikai és dinamikai próbaterhelése

11. ábra Függőleges deformációk a pilléren

3-állandó terheléstől (önsúly) 4-az állandó és időleges terheléstől

Page 8: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

terhelés körülményei között. Az előregyártott vasbeton gerendák üzemi körülmények között voltak előállitva 6 és 3 nap után voltak beszerelve, valamint a szállitás vasúton történt. Föltétlenül meg kell emliteni azt a különös daruval történő gerendának a mozgatását a szerelések alkalmával, amelynek a módozatát a tervnek a végrehajtása nem tartalmazza. Ahelyett, hogy a gerenda emelése a megszokott kampókkal történt volna, a gerenda a közepén volt befogva, tehát lényegében a nyilás közepén. Ebből kifolyólag, a gerenda két vége úgy dolgozott mint egy konzol.

A nyomott zónája a gerendának ettől az emeléstől függött mint módszer a húzó zónába került. A beton szilárdsága az emelés pillanatában 115 kg/cm2 volt. Ennek ellenére defektek az emelésnél és szerelésnél nem jelentkeztek. Szem előtt tartva, hogy a beton szilárdságával kapcsolatos kifejezések minél egyszerübbek kell hogy legyenek, a következőket lehet ajánlani a korai betonterhelés körülményei között:

• a gerendák kizsaluzása 0,2 Rb, de nem misebb mint +50%; • az állandó terhelés teljes nagysága vagy a rakodás, szállitás és szerelése a vasbeton

gerendáknál 0,3 Rb de nem kisebb mint 50%; • a közlekedés megnyitásakor, megadott sebességgel dinamika nélkül a terhelés nem kisebb

mint 0,5 Rb; • a közlekedés megnyitása korlátozatlan sebességgel, azaz dinamikával 0,05 Rb; • korai kizsaluzás és a korai terhelése a híd gerendáinak, nem zárhatja ki a lehetőségét annak,

hogy a betonelemek karbantartása a megfelelő esetekben klasszikus módon legyenek végrehajtva.

12. ábraA kísérleti híd négy nyílásu előregyártott vasbeton elemekkel

13. ábra A gerenda szerelése, látható a

különös befogása a nyilás közepén

14. ábraA kisérleti híd statikus korai terhelésének

próbája

Page 9: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

8. FESZITETT VASBETONSZERKEZETEK VASALÁSÁNAK KORAI HÚZÁSA A közúti utófeszitett híd szerkezete és az elért eredmények a 15. és 16. ábrán van feltüntetve. A híd próbaterhelését a MADI kutató laboratóriuma és próbaterhelő részlege hajtotta végre, különös körültekintéssel.

A korai feszitése a vasalás kötegeinél, az elért eredmények alapján megalapozta a módszer

teljeskörü használatát, a gyakorlati mérnöki aktivitásában. A korai feszitése a vasalás kötegeinek lépcsőzetesen, 3 lépcsőben volt kivitelezve, azaz:

• az első lépcső: 3 napos beton, a beton szilárdság 80-85 Kg/cm2; • a második lépcső: 5 napos beton, a beton szilárdság 150 Kg/cm2; • a harmadik lépcső: 7 napos beton, a beton szilárdsága 200 Kg/cm2;

A korai lépcsőzetes feszitése a vasalás huzalokból alkotott kötegeinek, feszitett vasbetonszerkezetek esetében hatékonynak bizonyult több szempontból is, ebben a specifikusan mérnöki aktivitásban. 9. ELŐFESZITETT VASBETON SZERKEZETEKKEL VÉGREHAJ-TOTT KISÉRLETEK A NAGYVÁRADI VASBETON MŰVEKNÉL A nagyváradi vasbeton műveknél, az előfeszitett vasbeton szerkezetek kategóriájában a 12,0 és 18,0 méteres elemek domináltak, képezték e termékek előállitásának alapvető tehnológiáját. Általában a 28 napos 10x10x10 cm kockaszilárdság előre képezte a feszitési feszőltségek átadását a megfelelő betonelemre a 7Ø3 vagy 7Ø4 kötélhuzalok közvetitésével. A hőkezelt beton individualizált diagrammok alapján érte el a megfelelő szilárdságot, amely a feszültség beton elemre való átadását feltételezi. Ennek ellenére gyakori volt a feszitett huzalok csúszása a megszilárdult betonban, ami az elemek selejtezését vonta maga után. Ekkor tértünk át a feszitett huzalok csúszásának a mérésére egy speciális módszer segitségével. Több mint 228 mérést eszközöltünk, majd a beton szilárdság és a mérések függvényében meghatároztuk az engedélyezett csúszások nagyságát. A feszitett huzalok csúszásának mérése a betonszilárdságok függvényében, ezeknek az adatoknak a feldolgozása, egy szemiempírikus képlet kidolgozását tette lehetővé, azaz a megengedetti csúszás:

mmP

RP

i 5,010

802

0

0

00 −⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛−= ahonnan, 2

20

0

00 /

5,010

80cmdaN

Pi

PR

+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

= (2)

i0- megengedett csúszás mm; P0- feszitő erő a huzalban, to; R0- az előírt szilárdság, daN/cm2 (2) Ez egy gyakorlati, technológiai képlet a minőség biztositásában. A vasbetonüzemben eszközölt kísérletek tették lehetővé, a megengedett csúszások meghatározásában, egy gyakorlati módszernek a kidolgozását, minőségileg ellenőrizve az erőjáték

15. ábra A kisérleti gerenda konstrukciója feszitett szerkezeti

közúti hídnál

16. ábra A lehajlások változásai a kisérleti

gerendáknál, l =22,12 m a gerenda töréséig

Page 10: Beton és vasbeton szerkezetek korai terhelésének ... Mihalik - Beton es... · A beton és vasbetonszerkezetek építési időtartamát nagymértékben a beton paraméterei befolyásolják,

alakulását az előfeszitett vasbetonelemek befogási zónájában, amelynek a tanulmányozása még most is egy nagy „kérdőjel” a tehnológiai paraméterek vonatkozásában.

10. BEFEJEZÉS A beton korai terhelésének a kérdése, tudományos megalapozása, már a multszázad harmincas éveitől foglalkoztatta az elméleti-gyakorlati szakembereket, aTudományos Akadémia, a kutató intézetek, valamint a műszaki egyetemek szaktanszékeit. A sajátos törvényszerüségek, az általánosító összegzések amelyek tükröződnek a jelen tanulmányban- az építő tevékenység sajátos érdekei mellett- nagy jelentőségü, általános tudományi értéke is van, kialakítva egy új határmenti régiót az ismeretek tehnikai területén, egy új fejezetet a fizikai-kémiai mechanikai, a szilárd testek molekuláris fizikája, a fizikai és kolloid kémia, valamint a kémia határán.A beton és vasbeton szerkezetek korai terhelése lényegében kísérleti kutatásokkal volt megalapozva, pozitív eredményekkel, a gyakorlati kivitelezés körülményei között is, elősegitvén ennek bevezetését egyes vasúti hídépítési munkálatoknál. A különösen értékes kisérleti eredmények és ezeknek az alapján kapott általános törvényszerüségek, egy új jelenséget – a konszolidációt eredményezték, a szilárduló beton korai terhelésének eredményeként. A beton és vasbetonszerkezetek korai statikai terhelésével egy új fejezet kezdődött el a beton modern technológiájában. Irodalmi hivatkozások: [1] Balázs, Gy.: Építőanyag praktikum. Műszaki könyvkiadó. Budapest 1983 [2] Gibsman E.E.: Teorija i raszcsiot predvarityelno naprazsonnik zselezobetonnih mosztov. Minisztertszvo avtomobilnovo transzporta. Moszkva 1963 [3] Leonhardt, F.: Spannbeton für die praxis VDL.DAL. Berlin 1955 [4] Mihalik,A.: Contribuţii la determinarea lunecării toroanelor. Buletinul ştiinţific 1-2. Institutul de Construcţii Bucureşti. 1979 [5] Palotás, L.: A vasbeton elmélete. Akadémia kiadó. Budapest.1973 [6] Polivanov N.J.: Zselezobetonnie moszti. Transzportnoje izgatyelsztvo. Moszkva. 1956 [7] Rebinder P.A.: Novie fiziko-himicseszkie putyi v tehnologii sztroityelnik materialov „Vesztnik Akademii

Nauk SSSR”.10.1951 Moszkva [8] Szatalkin A.V.: Ranyeje nagruzsenije betonnik mosztovih opor. GUZSV.32.1951 Moszkva

17. ábraA csúszás diagramja egy 12,0 m vasbeton tetőelem esetében

18. ábra A csúszás mérése a vasbeton elem felületén

19. ábraA mérőműszer rögzitése a feszitett huzalon,

mint üzemi mechanikai kisérleti változat