Druga przeprawa przez. Strelasund. Przykład zastosowania nowoczesnych technik sprężania

Transkrypt

1 Druga przeprawa przez Strelasund fot. R. Legrand, im Auftrag der DEGES undfirmengruppe Max Bögl Fot. 1. Most Ziegelgraben Dr. Ing. Matthias Scheibe mgr inż. Cezary Sternicki SUSPA-DSI Polska Sp. z o.o. Przykład zastosowania nowoczesnych technik sprężania 44 Zastosowanie want w projekcie przeprawy Strelasund stanowi innowację, która została zakończona sukcesem jako współpraca wszystkich stron biorących udział przy realizacji projektu. Z powodu braku wytycznych krajowych nowy biuletyn [1] został wykorzystany jako baza do testów systemu sprężania na drodze do uzyskania aprobaty w indywidualnym przypadku. Wymagania odnośnie do want były bardziej rygorystyczne aniżeli zastosowane tu regulacje dotyczące lin stalowych zamkniętych. Przeprowadzenie prób w skali makro okazało się nadzwyczajnym wyzwaniem. Obiekt ten jest z architektonicznego punktu widzenia niesamowicie efektowny. Tym bardziej jego wyjątkowość podkreśla fakt, że po raz pierwszy w Niemczech użyto want złożonych z galwanizowanych, zabezpieczonych woskiem przeciwkorozyjnym i osłoniętych rurą PE splotów zamiast zwykłych lin stalowych zamkniętych, używanych do tej pory. Stalowa konstrukcja pomostu o wysokości 3,15 m i szerokości 16 m, z dwoma przęsłami po 198 m i 126 m, jest podwieszona za pomocą 32 want zawierających 34 sploty 0,62 ze stali St 1770 MPa. Wanty są napięte na pylonie w kształcie H o wysokości 87 m. Do projektu

2 mosty realizacje Prasa wielosplotowa obc. osiowe Δ = ±75 mm Zakotwienie na płycie ślizgowej z poziomą prasą Woda barwiona Rura stalowa Sploty Dewiator prowadzący Ogrzewanie 3,0 m Punkt krytyczny, uszczelnienie Zakotwienie Czapka zakotwienia Czapka testowa (jeśli potrzebna) Rama Rys. 1. Schemat zakotwienia czynnego użytego do projektu Rys. 2. Zestaw do przeprowadzania prób szczelności Nr testu Zerwanie drutów podczas testów Maks. zarejestrowana siła [kn] Efektywność GUTS* 95% Efektywność AUTS** 95% Wydłużenie przy maks. sile 1,5% Wydłużenie maks ,2% 92,6% 1,54% 1,59% ,0% 92,5% 1,53% 1,92% ,4% 94,7% 1,76% 1,87% Tabela 1. Wyniki testów rozciągania i testów zmęczeniowych *GUTS gwarantowana wytrzymałość na rozciąganie **AUTS rzeczywista wytrzymałość na rozciąganie użyto rekomendacji fib jako wytycznych, gdyż normy krajowe dotyczące want złożonych ze splotów nie istniały. Wszystkie wymagane testy zostały wykonane zgodnie z tym standardem. Rozpoczęcie prac nastąpiło jesienią 2004 roku, a ich ukończenie w październiku 2007 r. (fot. 1). Wanty 32 wanty podtrzymują konstrukcję w strefie największych rozpiętości. W zakotwieniach pozostawiono miejsce na 3 dodatkowe sploty, gdyby zaistniała konieczność doprężenia obiektu. Po stronie pomostu wanty są wyposażone w zakotwienie czynne (rys. 1), składające się z bloku kotwiącego, z zapewniającą możliwość dostosowania nakrętką wieńcową, natomiast po stronie pylonu znajduje się zakotwienie bierne. Oba typy zakotwień zawierają wewnętrzne elementy uszczelniające, zapobiegające dostaniu się wody do strefy klinów. Ciągnione na zimno 7-drutowe, galwanizowane i zabezpieczone woskiem przeciwkorozyjnym i osłoną PE sploty są kotwione za pomocą 3-częściowych klinów o dużej wytrzymałości na obciążenia dynamiczne. Cała wiązka splotów jest otulona osłoną z HDPE w kolorze aluminium z nawiniętą po zewnętrznej stronie spiralą (helisą). Sploty są zebrane w wiązkę ok. 2 m od zakotwienia. Łożysko elastomerowe służy redukcji momentów zginających w strefie zakotwienia, jak również ma działanie tłumiące. Aprobata i testy Pierwszy przypadek użycia want w Niemczech wymagał akceptacji w tzw. indywidualnym przypadku poprzez komisję nadzoru budowlanego. Niemiecki Instytut Techniki Budowlanej (DIBt) został upoważniony do wszczęcia procedury aprobującej w indywidualnym przypadku. Komitet ekspertów określił kryteria aprobaty na wanty zgodnie z [1]. W szczególności uwzględniono: próbę rozciągania i próbę zmęczeniową pojedynczych splotów, 45

3 próbę rozciągania i próbę zmęczeniową want w skali 1:1, próbę szczelności zakotwienia, próbę możliwości wymiany poszczególnych splotów pod pełnym obciążeniem użytkowym, montaż i sprężanie lin wantowych, weryfikację i zapobieganie wibracjom want, gwarancję jakości pod względem materiałów i montażu, pomiary, monitoring. Próba rozciągania i próba zmęczeniowa pojedynczych splotów Wytyczne fib wymagają, aby splot miał wytrzymałość zmęczeniową na poziomie 300 N/mm 2 przy naprężeniach rzędu 0,45 GUTS (gwarantowana wytrzymałość na rozciąganie) i 2 milionach cyklów obciążeniowych. Indywidualny splot zakotwiony za pomocą klinów powinien w takim razie uzyskać wytrzymałość zmęczeniową na poziomie 250 N/mm 2, tak aby w wiarygodny sposób Fot. 2. Zestaw do prób rozciągania i prób zmęczeniowych zapewnić wytrzymałość systemu want na poziomie 200 N/mm 2. Specjalne kliny spełniają wymaganie dynamiczne. Na 3 wantach z 37 splotami 0,62, St 1860 zostały przeprowadzone testy kwalifikujące zgodnie z [1]. Rys. 2 (s. 45) obrazuje zestaw testowy na Uniwersytecie Technicznym w Monachium. Należy zwrócić uwagę na pochyłe położenie obu zakotwień na poziomie 0,6, które zostało po raz pierwszy zastosowane w takich testach. Wyniki zestawiono w tabeli 1 (s. 45). Podczas jednego testu zawiódł pojedynczy drut (dopuszczalne jest 6 na test), co zostało zasygnalizowane poprzez akustyczny sensor w trakcie trwania próby zmęczeniowej. Uzyskana efektywność mieściła się w przedziale 0,925-0,947 AUTS. Testy zostały wstrzymane z powodów technicznych, po uzyskaniu wymaganych wartości. Rzeczywiste obciążenie niszczące jest wyższe. Wymagane wydłużenia 1,5% zostały przekroczone. Próba szczelności zakotwienia Celem przeprowadzenia próby szczelności jest weryfikacja odpowiedniego uszczelnienia systemu want pomiędzy długością swobodną a zakotwieniem, tak aby uniknąć przenikania wody do strefy zakotwienia. Modelem testowanym była wanta z dwoma zakotwieniami czynnymi. Element ten został zamontowany na 5-metrowej konstrukcji, która została wypełniona barwioną wodą do poziomu 3 m powyżej dolnego zakotwienia. Model został poddany 10 cyklom obciążeniowym wywołującym naprężenia na poziomie 45% i 20% GUTS oraz przetrzymane na poziomie 30% GUTS. Następnie model został poddany serii obciążeń temperaturowych składających się z 8 cykli o temperaturze C oraz 4 x 250 cykli obrotów w przedziale ±1,4. Obroty zostały nadane jako seria bocznych wymuszeń góry modelu. Wymiana pojedynczych splotów Próba ta została przeprowadzona w celu weryfikacji możliwości wymiany pojedynczych splotów po przeprowadzeniu na nich próby rozciągania. Po uzyskaniu wartości obciążenia niszczącego obciążenie zostało zmniejszone do 30% GUTS. Następnie splot został odprężony za pomocą pojedynczej prasy naciągowej i kliny zostały usunięte. Nowy splot połączono za pomocą łącznika, którego średnica zewnętrzna odpowiada średnicy splotu. Stary splot bez problemu wymieniono i jednocześnie wciągnięto nowy. Nowy splot został sprężony oraz uaktywniono uszczelnienie. Szczelność nowego zakotwienia została potwierdzona w próbie próżniowej. 46 Montaż kabli Segmenty rur stanowiących zewnętrzną osłonę zostały zgrzane doczołowo na pomoście do wymaganej długości, a następnie podniesione do pozycji docelowej. Sploty wciągnięto za pomocą wciągarki, a następnie sprężono, używając metody CONTEN.

4 mosty realizacje Fot. 3. Zestaw do przeprowadzenia próby szczelności Opatentowana metoda CONTEN bazuje na 2 naciągarkach połączonych hydraulicznie, zapewniając, że aktualnie naprężany splot zostanie naciągnięty do takiego samego poziomu jak splot uprzednio sprężony. Obciążenie w sprężonych splotach spada na skutek stopniowo następującej deformacji konstrukcji. Prawidłowe sprężenie pierwszego splotu gwarantuje, że pod koniec operacji naciągania ostatni splot a tym samym wszystkie pośrednie zostanie sprężony do wymaganego poziomu. Zarządzanie jakością Zastosowano się do Systemu Zarządzania Jakością zgodnie z EN DIN ISO 9001:2000 [2]. Dla wszystkich materiałów zastosowano wewnętrzną i zewnętrzną kontrolę zgodnie z EN 10204:2004 [3]. W przypadku splotów szczególną uwagę zwrócono na ochronę antykorozyjną, zwłaszcza na powłokę z cynku zgodną z [1] i pren [4], jak również na wosk i osłonę PE zgodną z [1] i XPA [5]. Dodatkowo pobrano próbki w celu określenia równomierności rozłożenia grubości cynku podczas procesu produkcji. Poszczególne działania zostały udokumentowane w przewodnikach, takich jak np.: Produkcja i testy materiałowe splotów oraz komponentów kabli. Instrukcja montażu i instalacji kabli wraz z wytycznymi do sprężania. Program pomiarów dla monitoringu nachylenia mostów i następujących wibracji. Program naprawczy. Wewnętrzny i zewnętrzny system sprężania Europejska harmonizacja W przeciągu ostatnich kilku lat rozwój systemów sprężania został zharmonizowany. Istniała spora liczba norm krajowych (np. British Standard, DIN) oraz wytycznych, na których bazowały testy systemów sprężania. Niektóre z tych specyfikacji były bardzo szczegółowe jako wynik lokalnych doświadczeń i zostały przyjęte jako kryteria aprobaty dla systemów sprężania, inne natomiast nie posiadały żadnych wytycznych. Wynikiem takiej sytuacji był stan, w którym to systemy sprężania dostępne na rynku nie mogły być bezpośrednio porównywane, ponieważ podlegały innym kryteriom. Kryterium ceny nie dawało jasnego obrazu systemów sprężania, ponieważ ich wydajność, wytrzymałość oraz bezpieczeństwo były na kompletnie różnych poziomach. Aprobata zgodna z ETAG 013 [6] stanowi międzynarodowy paszport dla systemów sprężania. Najnowocześniejsze techniki są porównywalne według jasnych kryteriów, z których wynika, jakie specyfikacje spełnia produkt, i zapewniając, że wszystkie systemy zgodne z ETA* gwarantują to samo minimum bezpieczeństwa i wytrzymałości. Systemy sprężania oznaczone znakiem CE, instalowane przez certyfikowane firmy specjalizujące się w technikach sprężania, gwarantują najwyższy poziom jakości i zapewniają zwiększony poziom bezpieczeństwa dla użytkowników konstrukcji. Zestaw do sprężania Dzisiejsza generacja systemów sprężania stała się w tym czasie technicznie skomplikowanymi produktami, które niewiele mają już wspólnego ze zwykłym kablem. Aktualnie dużą wagę przykłada się do montażu na budowie przez producentów systemów i firmy zajmujące się technikami sprężania. Bezwzględna zgodność z wymaganiami dotyczącymi wykonawstwa ustalonymi w aprobatach wyprzedza troskę o jakość systemów sprężania. Problem prawidłowego wykonawstwa został również uznany za bardzo istotny na poziomie europejskim podczas warsztatów CEN (Europejski Komitet Normalizacyjny), zajmujących się bieżącymi problemami dotyczącymi użytkowania systemów sprężania na placach budów. System sprężania zawiera wszystkie elementy, które tworzą kompletne cięgno mogące być wprowadzone na rynek 47

5 Literatura 1. FIB-BULLETIN 30: Acceptance of stay cable systems using prestressing steels. Lausanne: fédération internationale du béton (fib), EN DIN ISO 2001: Qualitätsmanagement Systeme Forderungen. 3. EN 10204:2004: Metallic products Types of inspection documents. 4. pren 10337:2005: Zinc and zinc alloy coated pre-stressing steel wire and strands, XPA and EGSS/TC19N , Pre-stressing steels Protected and sheathed strands for pre-stressing. 6. ETAG 013: Guideline for European Technical Approval of Post-tensioning Kits for Prestressing of Structures, CEN Workshop Agreement: Requirements for the installation of posttensioning kits for prestressing of structures and qualification of the specialist companies and their personnel. October Heiler H., Scheibe M.: Vorspannung intern, extern, mit und ohne Verbund. Beton- und Stahlbetonbau 99, (2004), Heft 11, p Fot. 4. Metoda CONTENT przez specjalistyczną firmę sprężającą, która z kolei powinna przejąć całkowitą odpowiedzialność za wszystkie jego komponenty. Pomimo to powinny być przeprowadzane wszechstronne i kompleksowe testy cięgien sprężających. Podczas statycznych prób rozciągania kompletne cięgno, włączając wszystkie elementy połączeń od zakotwienia aż do kabla, jest naprężane za pomocą urządzenia sprężającego do poziomu 20%, 40%, 60% i 80% charakterystycznej wytrzymałości na rozciąganie cięgna (UTS). Obciążenie na poziomie 80% zostaje przytrzymane przez maksymalnie 2 godziny, następnie odpuszczone do poziomu 20%, po którym zostaje zadane obciążenie niszczące. Kryteria pozytywnego zakończenia testu są następujące: musi wystąpić zniszczenie, deformacje elementów powinny się ustabilizować przy obciążeniu stałym na poziome 80% oraz powinna być osiągnięta wydajność cięgna na poziomie 95% rzeczywistej wytrzymałości na rozciąganie. Fot. 5. Zestaw do przekazywania obciążenia Podczas próby przekazywania obciążenia (fot. 5) komponenty zakotwienia, włączając zbrojenie i element betonowy o zadanych parametrach, są poddane 10 cyklom obciążeniowym pomiędzy 12-80% UTS (wytrzymałość na rozciąganie), zanim model zostanie obciążony do zniszczenia. Kryterium pozytywnego zakończenia testu była stabilizacja powstawania rys na betonie podczas dziesięciu cykli obciążeniowych, przy zachowaniu maksymalnej szerokości rysy 0,15 mm pod mniejszym obciążeniem i 0,25 mm pod większym obciążeniem oraz wydajność przynajmniej na poziomie 110% UTS dla danego rozmiaru cięgna. Modele testowe zawierają wszystkie elementy zakotwienia, jak również detale połączenia z kablem. Dewiator prowadzący został sztywno zamocowany w określonej odległości od zakotwienia tak, aby duplikować rzeczywiste wychylenia i przemieszczenia elementów rozciąganych. Rzeczywisty test zmęczeniowy jest przeprowadzony na paśmie naprężenia wynoszącym 80 N/mm 2. Kryterium pozytywnego zakończenia testu są 2 miliony cykli bez defektu w elementach zakotwienia i nie więcej niż utrata 5% przekroju elementów rozciąganych. Próby zmęczeniowe systemów sprężania są nowym wymogiem w wielu miejscach na świecie i wymuszają wysoki poziom dbałości o detale podczas realizacji systemów sprężania, zwłaszcza gdy chodzi o dopasowanie punktu przekazywania z zakotwienia do kabla. Wnioski Most Ziegelgraben przez cieśninę Strelasund jest dobrym przykładem zaimplementowania nowych zaleceń specyfikujących jasne wymogi dla dostawców, dotyczących testów, materiałów oraz współpracy z biurami projektowymi. Wszelkie zabiegi prowadzone przy realizacji tego kontraktu były również szczegółowo analizowane pod kątem ekonomicznej opłacalności przedsięwzięcia. Nowe wytyczne okazały się użyteczne jako baza dla przyszłych wytycznych krajowych. System want, który został użyty po raz pierwszy na taką skalę na niemieckich placach budów, spełnia wszystkie wymogi stawiane przez fib. Celem nowej Europejskiej Aprobaty Technicznej jest zapewnienie właściwego zachowania się systemów sprężania w sytuacjach ekstremalnych. Podczas trwania projektu rozwinięto rygorystyczne wymagania, kryteria i metody testów, które pod kątem skali wykraczają poza te wytyczone przez normy krajowe. Przeprowadzone próby współczynnika tarcia, ugięcie, jak również łatwości i niezawodności montażu oraz innowacyjność zastosowanego systemu potwierdziły jego uniwersalność [8]. * ETA (European Technical Approval Europejska Aprobata Techniczna)

6 DYWIDAG-Systems International Sp. z o.o. Post-Tensioning Systems ul. Przywidzka 4/ Gdańsk, Polska Phone Fax dsi-polska@dywidag-systems.com DYWIDAG-Systems International Sp. z o.o. Geotechnical Systems ul. Bojowników o Wolność i Demokrację 38/ Chorzów, Polska Phone Fax dsi-polska@dywidag-systems.com Uwaga: Celem niniejszej broszury jest realizowanie tylko i wyłącznie celów informacyjnych. Wszelkie dane techniczne i informacje zawarte w niniejszym dokumencie nie mogą zostać uznane jako bezwzględnie wiążące i podlegają prawu do wprowadzenia zmian bez konieczności wcześniejszego powiadomienia ze strony podmiotu odpowiedzialnego. Oświadczamy, iż nie ponosimy jakiejkolwiek odpowiedzialności za szkody lub straty powstałe na skutek zastosowania zawartych w niniejszej broszurze danych technicznych, ani też za jakiekolwiek przypadki zastosowania produktów przedstawionych w niniejszym dokumencie niezgodnie z celem ich przeznaczenia. W przypadku konieczności zasięgnięcia dodatkowych informacji dotyczących niniejszych produktów służymy pomocą. Austria Argentina Australia belgium Bosnia and herzegovina Brazil Canada Chile Colombia Costa Rica Croatia Czech republic Denmark Egypt estonia Finland France Germany Greece GUATEMALA HONDURAS Hong Kong Indonesia Italy Japan Korea Lebanon Luxembourg Malaysia Mexico Netherlands Norway Oman Panama Paraguay Peru POLAND Portugal Qatar Saudi Arabia singapore South Africa Spain Sweden Switzerland Taiwan Thailand Turkey United Arab Emirates United kingdom Uruguay USA Venezuela