NOWE PODEJŚCIE DO METOD PROJEKTOWANIA ORAZ MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII SPAWANIA W BUDOWNICTWIE DROGOWYCH KONSTRUKCJI STALOWYCH

Transkrypt

1 NOWE PODEJŚCIE DO METOD PROJEKTOWANIA ORAZ MATERIAŁÓW I TECHNOLOGII SPAWANIA W BUDOWNICTWIE DROGOWYCH KONSTRUKCJI STALOWYCH Prof. dr hab. inż. Jan Pilarczyk Instytut Spawalnictwa Gliwice

2 Przykłady konstrukcji stalowych związanych nieodłącznie z drogownictwem Mosty drogowe Wiadukty Systemy odwodnień Elementy barier Osłony akustyczne Konstrukcje oświetleniowe Infrastruktura towarzysząca i wiele innych

3

4 Konstrukcje stalowe dla drogownictwa są wykonywane ze stali: niestopowych, wysokowytrzymałych i wysokostopowych Podstawową technologią łączenia tych stali jest technologia spawania

5 Połączenia spawane występują również w konstrukcjach żelbetowych i zespolonych (muszą one spełniać najwyższe wymagania eksploatacyjne)

6 Konstrukcje stalowe w drogownictwie widoczny stały postęp techniczny Pierwszy w Europie most spawany z 1929 r. na rzece Słudwi, projektu inż. Stefana Bryły dotyczy: metod projektowania, nowych materiałów i technologii

7 Wymiernym wskaźnikiem stałego postępu technicznego w budownictwie konstrukcji stalowych dla drogownictwa jest wejście w życie w roku 2010 roku norm projektowania konstrukcji EUROKOD wraz z towarzyszącymi im: zharmonizowanymi europejskimi normami wyrobów europejskimi aprobatami technicznymi Efektem jest wzrost wymagań dotyczących wszystkich sfer związanych z konstrukcjami stalowymi stosowanymi w drogownictwie

8 Projektowanie Konstrukcje drogowe mosty projektowane będą wg norm: PN-EN Eurokod 1: Oddziaływania na konstrukcje Część 2: Obciążenia ruchome mostów PN-EN :2006 Eurokod 2: Projektowanie konstrukcji z betonu Część 2: Mosty betonowe: Projektowanie i szczegółowe zasady PN-EN Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych Część 2: Mosty stalowe PN-EN Eurokod 4: Projektowanie konstrukcji zespolonych stalowo-betonowych Część 2: Reguły ogólne i reguły dla mostów

9 Ponadto ustanowiono szereg norm w kategorii EUROKOD dotyczących projektowania: blachownic konstrukcji powłokowych kształtowników profilowanych na zimno konstrukcji cięgnowych palowania grodzi innych stosowanych w drogownictwie

10 Połączenia, w tym spawane projektowane będą wg PN-EN Eurokod 3: Projektowanie konstrukcji stalowych Część 1-8: Projektowanie węzłów

11 Konstrukcje mostów drogowych i innych obiektów projektowane są z materiałów, dla których wymagania zostały określone w normach europejskich Materiałami tymi są stale: niestopowe normalizowane obrabiane termomechanicznie ulepszane cieplnie odporne na korozję atmosferyczną na pręty do zbrojenia betonu wysokostopowe nierdzewne

12 Wg dotychczas obowiązujących polskich norm: PN-S Obiekty mostowe. Konstrukcje stalowe. Projektowanie PN-B Konstrukcje stalowe. Obliczenia i projektowanie do budowy mostów drogowych i innych obiektów drogowych dopuszcza się stale niestopowe o granicy plastyczności 235 i 350 Mpa Wg norm europejskich dopuszcza się bardzo różnorodne pod względem własności wytrzymałościowych i technologicznych stale o granicy plastyczności do 690 Mpa Jest to ogromny postęp, w wyniku którego konstrukcje mostów drogowych mogą być: lżejsze, wytrzymalsze i trwalsze

13

14 W konstrukcjach żelbetowych mostów drogowych stosuje się szeroko zbrojenia spawane i zgrzewane W ostatnim okresie wdrożono w Polsce technologię umacniania cieplnego prętów żebrowanych o granicy plastyczności minimum: 400 MPa dla prętów klasy RB 400W 500 MPa dla prętów RB 500W Właściwości stali klasy RB 400W i RB 500W spełniają wymagania nowej normy PN-ISO Stal do zbrojenia betonu. Pręty żebrowane Pręty te uzyskały dopuszczenie do stosowania w budownictwie na terenie Polski Łatwa spawalność i zgrzewalność znacznie upraszcza procesy spawania i zgrzewania co wpływa na zwiększenie wydajności i obniżenie kosztów produkcji

15 Wykonawstwo Nowoczesne metody projektowania oraz zastosowanie coraz to doskonalszych materiałów konstrukcyjnych wymuszają na wykonawcach zagwarantowanie wyższej jakości Wymagania dla zabezpieczenia jakości wykonania konstrukcji stalowych sformułowane zostały w normach serii PN-EN 1090: PN-EN Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych Część 1: Zasady oceny zgodności elementów konstrukcyjnych PN-EN Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych Część 2: Wymagania techniczne dotyczące konstrukcji stalowych PN-EN Wykonanie konstrukcji stalowych i aluminiowych Część 2: Wymagania techniczne dotyczące konstrukcji aluminiowych

16 PN-EN Zharmonizowana norma europejska w grupie Norm Europejskich dotyczących projektowania i wytwarzania elementów i konstrukcji nośnych ze stali lub aluminium Określa wymagania dotyczące oceny zgodności właściwości elementów i zestawów elementów konstrukcyjnych ze stali lub aluminium, wprowadzanych na rynek wyrobów budowlanych Ocena obejmuje wytwarzanie, a jeśli stosowne, również projektowanie konstrukcji Obejmuje również ocenę zgodności elementów stalowych używanych w konstrukcjach zespolonych i żelbetowych Zmienia to w zasadniczy sposób podejście do elementów zbrojenia betonu

17 Elementy te są traktowane jako konstrukcje stalowe spełniające wszystkie wymagania i posiadające niezbędne charakterystyki właściwe dla konstrukcji stalowych łączonych przy pomocy spawania lub zgrzewania Elementy muszą być wykonywane ze stali spełniających wymagania norm europejskich, a zastosowanych do wyrobów walcowanych, profilowanych na zimno lub z zastosowaniem innych technologii Mogą być produkowane z różnych kształtowników, wyrobów płaskich (blach i taśm), prętów, odlewów i odkuwek z materiałów stalowych lub aluminiowych z zabezpieczeniem przed korozją powłokami lub innej obróbki powierzchni, np. anodowania aluminium.

18

19 Podstawowe metody w zakresie systemów oceny zgodności wyrobów budowlanych: 1) Wstępne badanie typu prowadzone przez producenta lub upoważnioną jednostkę 2) Zakładowa kontrola produkcji 3) Wstępna inspekcja zakładu i zakładowej kontroli produkcji przez upoważnioną jednostkę 4) Ciągły nadzór, ocena i akceptacja zakładowej kontroli produkcji przez upoważnioną jednostkę 5) Badanie próbek pobranych w zakładzie, prowadzone przez producenta lub upoważnioną jednostkę zgodnie z ustalonym planem badania 6) Badania sondażowe (auditowe) próbek pobranych w zakładzie, na rynku lub na placu budowy, prowadzone przez upoważnioną jednostkę Jak widać w każdej z metod oceny zgodności koniecznym jest badanie technologii łączenia i kontrola jakości

20 PN-EN W normie określono wymagania dotyczące wykonania konstrukcji stalowych: niezbędne do zapewnienia odpowiedniego poziomu nośności, stateczności oraz użytkowalności i trwałości zaprojektowanych według poszczególnych części EN 1993 lub EN 1994 w odniesieniu do elementów konstrukcji zespolonych Przyjmuje się założenie, że wykonawca konstrukcji ma niezbędne kwalifikacje oraz stosuje odpowiednie wyposażenie i środki, aby osiągnąć zgodność z wymaganiami określonymi w specyfikacji technicznej i niniejszej Normie Europejskiej

21 Wymagania dotyczą wykonania konstrukcji stalowych wytwarzanych z: - wyrobów walcowanych na gorąco z gatunków stali nie wyższych niż S690, - kształtowników i blach profilowanych na zimno z gatunków stali nierdzewnych nie wyższych niż S700 lub z gatunków stali węglowych nie wyższych niż S690, - wyrobów formowanych na gorąco lub na zimno ze stali nierdzewnej austenitycznej, austenityczno-ferrytycznej i ferrytycznej Wymagania określono niezależnie od rodzaju i kształtu konstrukcji stalowej (np. budynki, mosty, elementy pełnościenne lub kratowe), łącznie z konstrukcjami narażonymi na zmęczenie lub oddziaływania sejsmiczne Wyspecyfikowano je w odniesieniu do klas wykonania konstrukcji

22 Zdefiniowano cztery klasy wykonania od EXC1 do EXC4, (od najmniej rygorystycznej EXC1 do najbardziej rygorystycznej EXC4) Klasy wykonania mogą być stosowane do całej konstrukcji, części konstrukcji, albo do jej konkretnych szczegółów W ramach jednej konstrukcji może występować kilka klas wykonania Klasy wykonania określa projektant na podstawie szacunku: konsekwencji zniszczenia, kategorii użytkowania i kategorii produkcji

23 Klasa wykonania konstrukcji EXC1, EXC2, EXC3, EXC4 Klasa konsekwencji zniszczenia CC1 CC2 CC3 Kategoria użytkowania SC1 SC2 Kategoria produkcji PC1 PC2 Klasy wykonania konstrukcji i ich czynniki

24 W tablicach 1, 2, i 3 podano kryteria wyboru: - klasy konsekwencji zniszczenia - kategorii użytkowania - kategorii produkcji Kryteria kojarzenia odpowiedniej kategorii produkcji podano w tablicy 4

25 Tablica 1. Kryteria wyboru klasy konsekwencji zniszczenia Klasa konsekwencji CC1 CC2 CC3 Opis Mała konsekwencja utraty życia, małe straty ekonomiczne i mała degradacja środowiska Średnie ryzyko utraty życia. Średnie straty ekonomiczne, średnia degradacja środowiska Duże ryzyko utraty życia, strat ekonomicznych. Poważna degradacja środowiska i konsekwencje socjalne Przykład Budynki gospodarskie, magazyny, gdzie konsekwencje zniszczenia są niewielkie Budynki biurowe i mieszkalne, gdzie konsekwencje zniszczenia będą średnie. Budowle wysokościowe, gdzie konsekwencje zniszczeń mogą być wielkie.

26 Tablica 2 Kryteria wyboru kategorii użytkowania Kategoria użytkowania SC1 SC2 Kryteria Konstrukcje i elementy projektowane na oddziaływania przeważająco stałe, np. budynki Konstrukcje, elementy i połączenia projektowane na oddziaływania sejsmiczne w rejonach niskiej aktywności sejsmicznej Konstrukcje i elementy projektowane na oddziaływania zmęczeniowe wg EN (np.: mosty drogowe i kolejowe, dźwignice, konstrukcje wrażliwe na drgania wywołane wiatrem, tłumem lub maszynami wirnikowymi) Konstrukcje, elementy i połączenia projektowane na oddziaływania sejsmiczne w rejonach średniej i wysokiej aktywności sejsmicznej

27 Tablica 3 Kryteria wyboru kategorii produkcji Kategoria produkcji PC1 Kryteria Elementy niespawane wykonywane ze stali dowolnego gatunku Elementy spawane wykonywane ze stali gatunków niższych niż S355 Elementy spawane wykonywane ze stali gatunku S355 i wyższych Elementy kluczowe dla integralności konstrukcji scalane za pomocą spawania na terenie budowy PC2 Elementy formowane na gorąco lub poddawane obróbce termicznej podczas wytwarzania Elementy dźwigarów kratowych z rur okrągłych (CHS), które wymagają profilowania końców

28 Tablica 4 Zależności przy ustalaniu klasy wykonania Klasy konsekwencji CC1 CC2 CC3 Kategorie użytkowania SC1 SC2 SC1 SC2 SC1 SC2 Kategorie produkcji PC1 EXC1 EXC2 EXC2 EXC3 EXC3 EXC3 PC2 EXC2 EXC2 EXC2 EXC3 EXC3 EXC4

29 Zaszeregowanie do danej klasy wykonania wg PN-EN różni się zasadniczo od zaszeregowania do danej klasy konstrukcji wg PN-B ( Konstrukcje stalowe budowlane. Warunki wykonania i odbioru. Wymagania podstawowe ) Norma PN-B formułowała warunki wykonania tylko dla konstrukcji 3 klasy (najniższej). W przypadku klas wyższych warunki wykonania musiał określić projektant, co nie zawsze miało miejsce i stwarzało istotne trudności Wg nowych zasad, w zależności od określonej przez projektanta klasy wykonania, podane są ściśle wymagania dotyczące wykonania i odbioru

30 Wymagania te dotyczą: - dokumentacji wykonawczej - identyfikacji i dokumentów kontrolnych - jakości i rodzaju materiałów podstawowych i dodatkowych - systemu zarządzania procesem (normy serii PN-EN 3834) - kwalifikacji personelu nadzoru (norma PN-EN-ISO 14731) - kwalifikacji spawaczy (PN-EN 287-1) - kwalifikowania technologii (normy PN-EN odniesione do metody łączenia i procedury kwalifikacyjnej) - kwalifikacji personelu NDT (PN-EN 473), - zakresu kontroli jakościowej - poziomu jakościowego - i wielu innych

31

32 Nowy spójny i konsekwentny system klas wykonania tworzy zupełnie nową jakość w budowie konstrukcji stalowych, również w sferze drogownictwa Wszystkie biura projektów, firmy wykonawcze i inspektorskie muszą posiadać wymagane normą kwalifikacje Już na etapie tworzenia koncepcji projektowych można będzie określić wymagania dla całej sfery realizacyjnej inwestycji, co zagwarantuje spełnienie koniecznych wymagań W porównaniu z aktualną sytuacją stworzy to pewne trudności adaptacyjne, które jednak będą musiały być bezwzględnie pokonane Nie wolno zapominać, że rok 2010 stanowi termin wprowadzenia nowych norm i tym samym zmiany warunków dla projektantów i wykonawców Nie wolno zatem tracić czasu konkurencja wymusi dostosowanie się przedsiębiorstw do nowej sytuacji

33 Dziękuję za uwagę prof. dr hab. inż. Jan Pilarczyk Instytut Spawalnictwa ul. Błogosławionego Czesława 16/ Gliwice tel: jan.pilarczyk@is.gliwice.pl