LEŽAJEVI MOSTOVA - gfosweb.gfos.hrgfosweb.gfos.hr/.../mostovi-i/lezajevi-mostova.pdf · 1 Uvod (2) Po gradivu od kojeg se izrađuju ležajevi mogu biti: y armiranobetonski, y čelični,

LEŽAJEVI MOSTOVA

1 Uvod (1)Ležaj je mosta mjesto ili uređaj preko kojeg se opterećenje

rasponskoga sklopa (RS) prenosi na potpore i koji omogućuje ograničene pomake RS što potječu od djelovanja promjene temperature okoliša, skupljanja i puzanja betona, te djelovanja vodoravnih sila: od pokretanja ili zaustavljanja vozila, vjetra itd.

Vidjeli smo da ležaj može biti nepomičan ili pomičan (u jednom ili svim smjerovima), a u svakom je slučaju zaokretljiv najmanje oko jedne osi.

Ležaj zaokretljiv oko jedne osi zove se crtastim (linijskim), a svestrano zaokretljiv – točkastim.

1

1 Uvod (2)Po gradivu od kojeg se izrađuju ležajevi mogu biti:

armiranobetonski,čelični,elastomerni,čelično-elastomerni (lončasti) ilončasti teflonski.

U ovom ćemo izlaganju prikazati uglavnom sva rješenja ležajeva što su se rabila u zadnjih 60-ak godina i još se rabe, bez obzira na to što se danas najvećma rabe elastomerni i lončasti ležajevi.

Naime, još ima u uporabi mostova u koje su ugrađeni stariji tipovi ležajeva, koji mogu doći na red za popravak, pa može biti nužno poznavati i ta rješenja.

2

Najjednostavniji i najjeftiniji zaokretljivi nepomični ležaj jest armiranobetonski zglob (slika 2.1).

Može biti svestrano zaokretljiv (točkast) ili zaokretljiv oko jedne osi (crtast).

Ovi ležajevi mogu podnijeti vrlo velike pridržajne sile(> 10 MN).

S druge strane crtasti zglobovi mogu preuzeti znatne momente savijanja poprijeko na most, što je važno pri podupiranju betonskih sandučastih sklopova.

2 Armiranobetonski zglobovi (1)

Slika 2.1: Betonski zglob kao nepomičan zaokretljiv crtasti ležaj;lijevo: na upornjaku; desno: na dnu stupa

3


Nuždan je razmjerno velik kut zaokreta kako bi AB zglob počeo djelovati u skladu s proračunskim predpostavkama.

S druge strane nije nužna zaštita od korozije ovih ležajeva i dugo im ne treba nikakvo uzdržavanje.

Za način oblikovanja (konstruiranja) i armiranja AB zglobova vrijede osobita pravila.

Na slici 2.2 predočeni su geometrijski odnosi, sile što djeluju u zglobu, dotično u priležećim dijelovima nosivoga sklopa mosta, te tijek (dijagram) poprečnih naprezanja (osobito vlačnih) u osi zgloba. O njima će potanje biti riječi u daljem izlaganju.

4


5

Slika 2.2: Geometrijski odnosi, sile što djeluju u zglobu,te tijek poprečnih naprezanja u osi zgloba

2 Armiranobetonski zglobovi (4)Budući da je zglob to zaokretljiviji što mu je tanji “vrat”

(širina a na slici 2.2), nastaju znatne sile cijepanja u priležećim betonskim dijelovima nosivoga sklopa (ležajnomu poprečnom nosaču, stupu itd.). Te sile nastaju zbog jakoga skretanja silnica tlačnih naprezanja.

Zato te dijelove sklopa treba jako armirati u dvama poprečnim smjerovima i još opasati (sapeti) vodoravnim sponama. Na slici 2.3 prikazan je način armiranja i razmještaj armaturnih šipaka u svim trima smjerovima i to s jedne strane zglobe – s druge je strane stanje načelno jednako.

Armatura što probada zglob zapravo nije nužna, ali se ipak ugrađuje u obliku okomitih šipaka-trnova što moraju biti u osi zgloba.

6


7

Slika 2.3: Način armiranja i razmještaj armaturnih šipaka u svim trima smjerovima

2 Armiranobetonski zglobovi (6)Ove armaturne šipke povećavaju otpor zaokretanju pri većim

kutovima zaokreta.Dopustivi tlak u vratu zgloba to je veći što je veći omjer d/a. Pri malim kutovima zaokreta nastaju u neraspucalom betonu

vrata zgloba i tlačna i vlačna naprezanja, ali pri većima beton puca (slika 2.4).

8Slika 2.4: Pukotina u vratu zgloba

2 Armiranobetonski zglobovi (7)U AB zglobu zaokreti mogu naizmjence biti u oba smjera bez

gubitka sigurnosti. Zbog toga je očito da se pukotina mora protezati kroz cijeli vrat. Međutim, pukotina se istodobno zatvara na dijelu vrata što je pod tlakom i tako zglob zadržava nosivost.

Laboratorijski pokusi u švicarskom Saveznom zavodu za ispitivanje gradiva (Eidgenossisches Materialprüfungs-anstalt, EMPA), gdje je jedan predložak zgloba za željeznički most što je tada bio projektiran bio podvrgnut sili od 9,0 MN i naizmjeničnim zaokretima po 12o/oo i to 37 106

puta (!) pokazali su da su AB zglobovi dorasli i jakim dinamičkim opterećenjima i to pri razmjerno velikim kutovima zaokreta.

Izmjere zgloba bile su 15,0 70,0 cm2, a uporabno opterećenje 4,5 MN.

9

2 Armiranobetonski zglobovi (8)Na slici 2.5 prikazano je (shematski) stanje naprezanja u vratu

zgloba pri istodobnom djelovanju poprečnog momenta savijanja.

Valja pripomenuti da je dijagram naprezanja u poprečnom presjeku pogrješno nacrtan: tjeme parabole mora biti uz oznaku max σx.

Slika 2.5: Stanje naprezanja u vratu zgloba pri istodobnomdjelovanju poprečnog momenta savijanja

10

2 Armiranobetonski zglobovi (9)Slika 2.6 prikazuje način armiranja zgloba opterećena velikim

poprečnim momentom.

Slika 2.6: Armiranje zgloba štopreuzima veliki poprečni moment

11

2 Armiranobetonski zglobovi (10)Na kraju, na slici 2.7 predočen je svestrano zaokretljivi AB

zglob s odgovarajućom armaturom.

12Slika 2.7: Svestrano zaokretljivi AB zglob s odgovarajućom armaturom

3 Čelični ležajevi (1)Ovi su se ležajevi rabili do prije 30-ak – 40-ak godina. Ipak,

zbog toga što još uvijek ima mostova s takvim ležajevima, a koje će zacijelo trebati popravljati, dobro je poznavati ih.

Inače se s pomoću čeličnih ležajeva mogu ispuniti svi zahtjevi što se postavljaju na ležaj mosta.

Na slici 3.1 prikazan je uvriježeni nepomični crtasti ležaj izrađen od debelih čeličnih limova.

Slika 3.1: Jednostavni nepomični ležajevi od čeličnih limova13

3 Čelični ležajevi (2)U novije doba rabljeno je rješenje po desnoj slici, gdje se

navaruje valjkasto podebljanje od tvrdog čelika (corroweld) na mjestu najvećih naprezanja.

Sidreni trnovi navareni su na limove, a graničnici (po dva trna po ležaju) upuštaju se u valjkaste utore na krajevima limova.

Za velike pridržajne sileprikladan je čeličnilijev s ukrutnimrebrima (slika 3.2).

Slika 3.2: Nepomični crtasti ležajod čeličnog lijeva

14

3 Čelični ležajevi (3)Pomični crtasti ležajevi (valjkasti) predočeni su na slici 3.3.

Dopuštaju pomake u jednom smjeru i zaokret oko jedne osi.

Slika 3.3: Čelični valjkasti ležajevi 15

3 Čelični ležajevi (4)

Vrlo su osjetljivi na mimoosna naprezanja okomito na os valjka što nastaju savijanjem ležajnoga poprečnog nosača ili zbog torzije na ležaju. Zato im duljina mora biti ograničena.

Za preuzimanje ograničenih vodoravnih sila u smjeru osi valjka služe čelične vodilice upuštene u utore u valjku i privarene na ležajne limove.

Na krajevima valjci imaju privarene graničnike što se upuštaju u ureze u ležajnim limovima.

Promjer valjka može se smanjiti ako se na ležajne limove navari sloj tvrda čelika (corroweld, slika 3.3 dolje lijevo).

16

3 Čelični ležajevi (5)Ležajevi s više valjaka odavno se ne rabe jer iziskuju još jedan

crtasti ležaj iznad valjaka kako bi valjci bili jednoliko opterećeni (skica desno dolje na slici 3.3).

Valjkasti su se ležajevi proizvodili tvornički i svaki je isporučitelj davao sve nužne podatke (dopustivu pridržajnu silu, dopustivi pomak, otpor kotrljanju itd.). Otpor kotrljanju obično je iznosio 1 % do 2 % pridržajne sile.

17

4 Elastomerni ležajevi (1)Elastomer (trgovački naziv neopren) jest umjetna guma

(sintetski kaučuk) koja pri normalnim temperaturama ima vlastitosti slične onima prirodne gume, s tim što je mnogo otpornija na djelovanje okoliša (atmosferilija, osobito sunca) i starenja.

Ograničenje: ne smije se rabiti tamo gdje temperatura okoliša može pasti ispod -30 °C, jer postaje vrlo kruta, pa ne može ispunjavati zahtjeve na ležaj.

Nearmirana gumena prizma može izdržati ograničene ležajne pritiske. Pri višima prizma se jako izobličuje – širi se bočno i stlačuje se, tj. snizuje se za Δt (slika 4.1 lijevo).

18Slika 4.1: Izobličenje elastomerne prizme pod okomitom silom

4 Elastomerni ležajevi (2)Ako u gumenu prizmu umetnemo nekoliko slojeva lima od

nehrđajućeg čelika velike čvrstoće, oni će znatno smanjiti poprečno širenje gume, pa će i stlačenje gumene prizme biti višekratno manje – zapravo jedva zamjetno (slika 4.1 desno).

Mehanički podatci za ove ležajeve:

Nmax = 12,0 MNfmax = 10 15 N/mm2

fmin = 3 5 N/mm2

S porastom tlocrtne ploštine ležaja raste dopustivi tlak, fmax, ali i najmanji potrebni tlak, fmin.

Ležajevi su prizmasta ili valjkasta oblika, pri čemu im je visina najmanja izmjera.

19

4 Elastomerni ležajevi (3)Slojevi elastomera najčešće su debeli 7 mm (6 8), a čeličnog

lima 3 mm (2 4). Ograničenjem ležajnoga tlaka odozdol jamči se da ne će doći

do klizanja rasponskoga sklopa po ležaju, dotično ležaja po ležajnoj klupi.

Pod djelovanjem vodoravne sile ležaj se posmično izobličuje, tako da mu se gornja ploha pomakne u odnosu na donju za veličinu

Δ = t tanφa pod djelovanjem momenta za kut α (slika 4.2).

20Slika 4.2: Izobličenje elastomerne prizme pod djelovanjem

vodoravne sile (lijevo) i momenta (desno)

4 Elastomerni ležajevi (4)Kut φ također je ograničen:

tanφ ≤ 0,7Iz ovog se uvjeta određuje visina ležaja, jer je pomak RS na

dotičnom mjestu zadan.Uvriježeno je da ležajevi imaju do 7 slojeva gume.Ako je naprezanje na dodiru s ležajem < 3 N/mm2, biva

svladano trenje između betona i ležajnog uloška, pa se ne može ostvariti posmično izobličenje ležaja, što znači da se ne može prenijeti vodoravna sila.

Tada treba ležaj usidriti, štose postiže privarivanjemsidrenih trnova za limovepričvršćene vulkaniziranjemza gumu (slika 4.3).

21Slika 4.3: Usidreni elastomerni ležaj

5 Čelično-elastomerni (lončasti) ležajevi (1)

Načelo djelovanja čelično-elastomernog (lončastog) ležaja prikazano je na slici 5.1.

Cijeli ležaj doista izgleda poput lonca ispunjena elastomernim uloškom. Ako se ovaj uložak podvrgne tlaku preko poklopca, stijenke lonca sprječavaju izobličavanje elastomernog uloška u dvama smjerovima, a u trećem smjeru to čine poklopac i dno, pa se elastomer nalazi pod svestranim tlakom.

22Slika 5.1: Načelo djelovanja

lončastog ležaja


U takvim okolnostima on se ponaša poput tekućine u hidrauličkom tijesku (preši).

Lončasti ležaj može preuzeti vrlo veliku pridržajnu silu, a pod djelovanjem momenta može se i zaokretati za kut φ uz vrlo mali otpor.

Na slici 5.2 prikazan je čelično-elastomerni (lončasti) ležaj, proizvod njemačke tvrtke GHH.

Uočimo da je lonac izvrnut naglavce, dakle poklopac je na dnu!

23

Slika 5.2: Čelično-elastomerni(lončasti) ležaj


Uz dno i uz poklopac privareni su sidreni limovi s provrtima za vijke s pomoću kojih se ležaj pričvršćuje za rasponski sklop i ležajnu klupu. Zahvaljujući tomu ležaj može preuzeti vodoravnu silu. Opisani je ležaj dakle nepomičan.

Pomični – klizni – ležaj djeluje na posve drukčijem načelu. Naime, na vrlo kruti ležajni lim umeću se teflonski ulošci na tri različita načina.

Ali, prvo valja reći što je teflon. To je trgovački naziv za tetrafluoretilensku smolu visokomolekularne težine.

Važna mu je vlastitost da mu se pri povećanju okomitog tlaka smanjuje koeficijent trenja.

Tako je u laboratorijskom pokusu pri tlaku 30 N/mm2 i brzini klizanja 2 mm/s postignut koeficijent trenja od svega 1 %.

24


Ipak, u praksi se računa sa znatno višim vrijednostima, pa se za uvriježeni tlak od 20 N/mm2 uzima da je 4 %.

Zbog ovih vlastitosti teflon je izvrsno gradivo za izradbu kliznih ležajeva.

Vratimo se trima načinima umetanja teflonskih uložaka (slika 5.3).

25Slika 5.3: Različiti oblici teflonskih umetaka na kliznoj plohi


Po prvom načinu kružni teflonski uložak ima pravilno raspoređena kružna udubljenja u obliku kuglina odsječka (na slici lijevo).Po drugom kružni su kolačići usađeni u tanji lim tako da strše oko 2 mm (u sredini).Po trećem su teflonski štapići usađeni u odgovarajuće rupe u tanjem limu i strše kao u predhodnom slučaju (na slici desno).

U sva se tri slučaja na gornji ležajni lim, pričvršćen za RS, postavlja klizna ploha – navlaka od tvrdoga kroma ili austenitskog čelika s hrapavošću ≤ 1 μm, koja se premazuje silikonskom mašću.

Spomenute mjere služe smanjenju plohe na koju djeluje tlak, jer se povećanjem tlaka smanjuje koef. trenja.

26


Trajnost je elastomernog uloška 40 do 60 godina, dakle sasvim pristojna.

Opisano vrijedi za manje ležajeve.Veći se ležajevi izrađuju tako da dno lonca (okrenuto prema

gore!) služi kao vrlo kruti ležajni lim, a klizna je ploha iznad teflonskog uloška.

Želi li se postići pomičnost u jednom smjeru, ugrađuju se rubne čelične vodilice pričvršćene vijcima uz gornji ležajni lim (slika 5.4).

Uz njihove unutarnje pobočke također se moraju ugraditi teflonski ulošci kao klizne plohe.

27


28

Slika 5.4: Čelično-elastomerni (lončasti) klizniležaj pomičan samo u uzdužnom smjeru;

vodilice na bokovima


Općenito su pomaci ovih ležajeva znatno veći od onih u elastomernih.

Zaokretljivost i dobro centriranje jamče jednolik tlak, što je nužno radi ostvarenja jednolikih naprezanja u teflonskom ulošku.

Na slici 5.5 prikazan jedetalj kliznog ležajanjemačke izradbe(tvrtka GHH).

29

Slika 5.5: Detalj kliznog lončastogležaja

6. Ležajevi za preuzimanje vlačnih pridržajnih sila (1)

U mostova s izrazito manjim rasponima krajnjih polja pojavljuju se negativne (odizne) pridržajne sile. Odizanje rasponskoga sklopa od ležaja mora se spriječiti ako se želi održati pristojna razina udobnosti prijelaza.

Ako je krajnji ležaj nepomičanmože se u osi ležaja provućinatega za prednapinjanje, pričemu to može biti i krozasam lončasti ležaj ili pokrajnjega (slika 6.1).

30

Slika 6.1: Natege za prednapinjanje što preuzimljuodiznu pridržajnu silu

6 Ležajevi za preuzimanje vlačnih pridržajnih sila (2)

Natege treba napeti silom većom od najnužnije za oko 20 %, kako bi se spriječilo odizanje ležaja zbog produljenja natege pod djelovanjem odizne sile.

Ako krajnji ležajevi na kojima se pojavljuju odizne pridržajne sile moraju biti pomični u smjeru osi mosta, mogu se primijeniti čelični vlačni članci sa svornjacima kao zglobovima.

Ako pomaci nisu preveliki, najbolje je odabrati vitke stupove-njihala, obostrano priključene zglobno ili dapače upete, lagano prednapete sidrenom nategom (slika 6.2).

Budući da su stupovi armirani protiv prekomjerna raspucavanja, dopustiva su i znatnija izobličenja upetoga stupa.

31

6. Ležajevi za preuzimanje vlačnih pridržajnih sila (3)

Pri zaokretu zgloba natega se savija, pa to treba omogućiti na dostatno dugu potezu (slika 6.2 desno).

32Slika 6.2: Stupovi-njihala kao uzdužno pomični ležajevi

7 Prilozi7.1 Ležajevi domaće proizvodnje

(tvrtka Polirol iz Zagreba)

33

Tip1: Neusidreni elastomerni ležaj

Tip 2: Usidreni, svestranopomični elastomerni ležaj

7 Prilozi (2)7.1 Ležajevi domaće proizvodnje (2)


34

Raspored sidrenihtrnova



35

Tablica podataka za ležaj (1)



36

Tablica podataka za ležaj (2)



37

Uzdužno nepomični elastomerni ležaj

Tablica s podatcima



38Prerezani uzorci elastomernih ležajeva

7 Prilozi (7)7.2 Ležajevi švicarske tvrtke MAGEBA (1)

39

Svestrano nepomičniležaj za preuzimanjeSAMO vodoravnih sila


40

Jednostrano pomičniležaj za preuzimanjeSAMO vodoravnih sila


41

Shema razmještaja različitih tipova ležajeva

Jednostrano pomičnilončasti ležaj


42

Poprečni presjek jednostrano pomičnoga lončastog ležaja

Bočno ugađanje s pomoću graničnika Klizni ležaj za postupno navlačenje RS


43

Lončasti ležaj za velike zaokrete

Lončasti ležaj za čelični sklop

Lončasti ležaj protiv odizanja

Usklađivanje visine s pomoću limenih umetaka


44Ugradba lončastih ležajeva

Documents

LEŽAJEVI MOSTOVA - gfosweb.gfos.hrgfosweb.gfos.hr/.../mostovi-i/lezajevi-mostova.pdf · 1 Uvod (2) Po gradivu od kojeg se izrađuju ležajevi mogu biti: y armiranobetonski, y čelični,