České vysoké učení technické v Praze Stavební fakulta Katedra mechaniky Daniel Rypl Stavební mechanika SM01 Podklady k přednáškám a cvičením - 00
Úvod c Daniel Rypl, 2010 Mechanika vědní obor zabývající se popisem chování hmotných objektů vystavených účinkům působících sil a to za klidu i v pohybu chováním rozumíme absolutní a relativní změnu polohy, tvaru a objemu přírodní exaktní nauka vybudovaná na základních axiomech a za použití matematiky a geometrie mechanika kinematika dynamika statika 00 Stavební mechanika SM01 2/39
Úvod c Daniel Rypl, 2010 kinematika zabývá se popisem časového průběhu pohybu bez ohledu na jeho příčiny základní pojmy: prostor, čas dynamika zabývá se mechanickým pohybem komplexně (zkoumá příčiny pohybu se zřetelem na působící síly a hmotnosti pohybujících se objektů) základní pojmy: prostor, čas, hmotnost, síla statika zvláštní případ dynamiky, v němž jsou síly působící na vyšetřovaný objekt v rovnováze základní pojmy: prostor, síla 00 Stavební mechanika SM01 3/39
Úvod c Daniel Rypl, 2010 Mechanika - klasifikace klasická mechanika mechanika teoretická mechanika relativistická mechanika aplikovaná mechanika kvantová mechanika mechanika pevné fáze mechanika kapalin teorie pružnosti a plasticity mechanika kontinua lomová mechanika biomechanika stavební mechanika dynamika statika viscoelasticita..... hydraulika aerodynamika..... 00 Stavební mechanika SM01 4/39
Úvod c Daniel Rypl, 2010 teoretická mechanika vyšetřuje jevy bez ohledu na možnost praktického využití výsledků vybudována matematicky na základě minimálního počtu axiomů aplikovaná (užitá) mechanika řeší speciální technické problémy bezprostředně související s praktickou činností člověka stavební mechanika teoretická mechanika aplikovaná na stavební konstrukce vystavené účinkům zatížení studuje pohyb, přetvoření, deformace, porušení, ap. stavebních konstrukcí 00 Stavební mechanika SM01 5/39
Úvod c Daniel Rypl, 2010 klasická mechanika Isaac Newton (1643 1727) platná pro pohyb těles o rychlostech zanedbatelných vůči rychlosti světla hmostnost těles je konstantní relativistická mechanika Albert Einstein (1879 1955) platná pro pohyb těles o rychlostech blížících se rychlosti světla hmostnost těles se mění s rychlostí kvantová mechanika Max Planck (1858 1947) popisuje pohyb v mizivě malých prostorech a množstvích 00 Stavební mechanika SM01 6/39
Proč je mechanika důležitá c Daniel Rypl, 2010 Proč je mechanika důležitá specifika stavebních konstrukcí dlouhá životnost desítky až stovky let může se měnit funkce konstrukce i nároky, kterým musí vyhovět použití nových materiálů není podloženo dostatečně dlouhodobými testy jedinečnost většina inženýrských stavebních konstrukcí existuje v jediném exempláří obrovské náklady spojené s realizací inženýrských konstrukcí znemožňují konstrukci testovacích prototypů havárie má velmi závažné společenské důsledky materiální i lidské ztráty 00 Stavební mechanika SM01 7/39
Proč je mechanika důležitá c Daniel Rypl, 2010 Proč je mechanika důležitá rostoucí nároky na stavební konstrukce větší, vyšší, delší, širší, hlubší,... sofistikovanější (nové materiály, nové výrobní postupy a technologie,...) s ještě delší životností subtilnější (úspora materiálu, nižší cena) odolávající extrémním vlivům (zemětřesení, tajfuny a hurikány, požáry, výbuchy, požáry, tsunami, agresivita prostředí,...) Návrh konstrukce musí být bezpečný a spolehlivý po celou dobu její životnosti! Správné statické řešení je klíčové pro bezpečný a spolehlivý návrh konstrukce! 00 Stavební mechanika SM01 8/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Millau Viaduct - Francie v roce 2009 nejvyšší most do provozu uveden v prosinci 2004 (po 3 letech výstavby) zavěšený most o 8 polích betonové pilíře, ocelová mostovka délka 2460 m = 204 + 6 342 + 204 výška pilířů od terénu k mostovce 77 až 245 m mostovky na terénem max. 270 m nejvyššího pilíře 342 m ve směrovém oblouku R = 20 km navržen na zatížení větrem 210 km/hod 00 Stavební mechanika SM01 9/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Millau Viaduct 00 Stavební mechanika SM01 10/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Akaši Kaikjó Bridge - Japonsko v roce 2009 visutý most s největším rozpětím spojuje Kóbe s ostrovem Awaji do provozu uveden v dubnu 1998 (po 10 letech výstavby) délka 3911 m = 960 + 1991 + 960 výška pilonů 283 m návrh počítá se zemětřesením, tajfuny,... 00 Stavební mechanika SM01 11/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Akaši Kaikjó Bridge 00 Stavební mechanika SM01 12/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Donghai Bridge - Čína v roce 2009 nejdelší most do provozu uveden v prosinci 2005 délka 32,5 km rozpětí max. pole 400 m 00 Stavební mechanika SM01 13/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Petronas Twin Towers - Kuala Lumpur - Malajsie nejvyšší budova do roku 2004 výška 451,9 m (včetně antén) výstavba od března 1993 do března 1996 otevřena v srpnu 1999 00 Stavební mechanika SM01 14/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Taipei 101 - Taipei - Taiwan nejvyšší budova v provozu v letech 2004-2010 výška 509,2 m (včetně antén) výstavba od července 1999 do prosince 2004 00 Stavební mechanika SM01 15/39
Svého času největší stavební konstrukce c Daniel Rypl, 2010 Burj Khalifa - Dubai - Spojené Arabské Emiráty nejvyšší budova od roku 2010 výška 829,8 m (včetně antén) výstavba od ledna 2004 do října 2009 otevřena v lednu 2010 00 Stavební mechanika SM01 16/39
Proč je mechanika důležitá c Daniel Rypl, 2010 Proč je mechanika důležitá Nepochopení základních principů mechaniky vede k chybné idealizaci (fyzikální model) a a nesprávnému matematickému popisu (matematický model) a tudíž velmi pravděpodobně k nepostihnutí skutečného (nebo aspoň skutečnosti blízkého) chování konstrukce! Důsledkem může být: omezení funkčnosti konstrukce výrazné zkrácení doby životnosti konstrukce časté poruchy konstrukce snížení bezpečnosti konstrukce dodatečné náklady na údržbu, sanaci, eventuálně na asanaci v krajním případě i havárie konstrukce 00 Stavební mechanika SM01 17/39
Havárie stavebních konstrukcí Tacoma Narrows Bridge - 7.11.1940 - USA Bridge in Minneapolis - 1.8.2007 - USA Palau Bridge - 26.9.1996 - West Pacific World Trade Center - 11.9.2001 - USA St. Francis Dam - 12.3.1928 - USA Teton Dam - 5.6.1976 - USA Malpasset Dam - 1.12.1959 - Francie Zemětřesení v Los Angeles - 17.1.1994 - USA Zemětřesení v Kóbe - 17.1.1995 - Japonsko Jaderná elektrárna Černobyl - 26.4.1986 - Ukrajina Plavecký stadión v Moskvě - 15.2.2004 - Rusko Zimní stadión v Bad Reichenhallu - 2.1.2006 - SRN Výstaviště v Katowicích - 28.1.2006 - Polsko Zimní stadión v Humpolci - 11.2.2006 - ČR... 00 Stavební mechanika SM01 18/39
Tacoma Narrows Bridge - USA visutý most otevření 1.7.1940 zřícení 7.11.1940 celková délka: 1820 m rozpětí středního pole: 853 m příčinou malá tuhost mostovky = aerodynamická nestabilita (samovybuzující se vibrace, negativní útlum) vybuzená větrem o rychlosti 67 km/hod znovuotevření 1950, 2007 dobová reportáž: https://www.youtube.com/watch?v=xggxeufdadu odborný komentář: https://www.youtube.com/watch?v=mxtsnzgrfxm 00 Stavební mechanika SM01 19/39
Tacoma Narrows Bridge 00 Stavební mechanika SM01 20/39
New Tacoma Narrows Bridges 00 Stavební mechanika SM01 21/39
Bridge in Minneapolis - USA ocelový příhradový oblouk výstavba 1964-1967 zřícení 1.8.2007 příčina zvětšení vlastní tíhy mostovky o 20% (51 mm betonu na vozovce navíc) malé styčníkové plechy 00 Stavební mechanika SM01 22/39
Bridge in Minneapolis 00 Stavební mechanika SM01 23/39
Palau Bridge - West Pacific předpjatý betonový nosník komorového průřezu (symetrické konzoly s protiváhou spojené kloubem uprostřed, rozpětí 240 m) otevření 1977 v roce 1990 průhyb 1,2 m uprostřed (ztráta předpětí, smrštění, dotvarování) rekonstrukce dokončena v červenci 1996 (odstranění kloubu uprostřed a zmonolitnění, přidání předpínacích kabelů, vyrovnání vozovky) zřícení 26.9.1996 příčina dlouho nejasná podceněný vliv dotvarování z dlouhodobého hlediska [Bažant 2009] znovuotevření leden 2002 (Friendship Bridge) 00 Stavební mechanika SM01 24/39
Palau Bridge 00 Stavební mechanika SM01 25/39
New Palau Bridge - Friendship Bridge 00 Stavební mechanika SM01 26/39
World Trade Center - 11.9.2001 - USA příčinou ztráta únosnosti sloupů v důsledku dlouhotrvající vysoké teploty 00 Stavební mechanika SM01 27/39
St. Francis Dam - California - USA betonová tížná přehrada výstavba 1924-1926 protržení 12.3.1928 příčinou nestabilní podloží a zvýšení výšky hráze proti původnímu návrhu 00 Stavební mechanika SM01 28/39
Teton Dam - Idaho - USA sypaná tížná hráz vysoká 73 m výstavba 1975-1976 protržení 5.6.1976 jarmí tání sněhu přeliv dosud mimo provoz za méně než 6 hodin příčinou nestabilní podloží s mnoha nedostatečně proinjektovanými trhlinami 00 Stavební mechanika SM01 29/39
Teton Dam 00 Stavební mechanika SM01 30/39
Teton Dam 00 Stavební mechanika SM01 31/39
Malpasset Dam - Francie betonová obousměrně klenutá přehrada výstavba 1952-1954 protržení 1.12.1959 příčinou tektonické poruchy v podloží 00 Stavební mechanika SM01 32/39
Zemětřesení v LA - 17.1.1994 - Californie - USA 00 Stavební mechanika SM01 33/39
Zemětřesení v LA 00 Stavební mechanika SM01 34/39
Zemětřesení v Kóbe - 17.1.1995 - Japonsko 00 Stavební mechanika SM01 35/39
Jaderná elektrárna Černobyl - 26.4.1986 - Ukrajina 00 Stavební mechanika SM01 36/39
Zimní stadión v Humpolci zřícení 11.2.2006 příčinou špatné základy, špatně provařené šrouby, chybějící výztuhy a zavětrování 00 Stavební mechanika SM01 37/39
Zimní stadión v Humpolci 00 Stavební mechanika SM01 38/39
Disclaimer c Daniel Rypl, 2010 Tento dokument je určen výhradně jako podklad k přednáškám a cvičením z předmětu Stavební mechanika SM01 pro studenty stavební fakulty ČVUT v Praze a v žádném případě nenahrazuje přednášky z tohoto předmětu jako takové. Dokument může přes veškerou snahu autora obsahovat nepřesnosti a chyby. V případě, že v dokumentu objevíte nějakou chybu či nepřesnost nebo budete mít námět na jeho vylepšení, napište prosím na email daniel.rypl@fsv.cvut.cz. Datum poslední aktualizace: 20. listopadu 2010 00 Stavební mechanika SM01 39/39