Podstawy normowe
Ustalanie oddziaływań temperatury na mosty jest uregulowane w EN 1991-1-5, rozdziale 6 [1]. Rozróżnia się przede wszystkim oddziaływanie temperatury na pomost (rozdział 6.1) oraz oddziaływanie temperatury na filary mostów (rozdział 6.2).
Oddziaływania temperatury na pomost
Pomosty dzieli się na następujące trzy typy:
| Typ 1 | Konstrukcja stalowa | Dźwigar o przekroju skrzynkowym ze stali, kratownica stalowa |
| Typ 2 | Konstrukcje zespolone | |
| Typ 3 | Konstrukcje betonowe | Płyty betonowe, dźwigary betonowe, dźwigary o przekroju skrzynkowym |
Oddziaływanie temperatury składa się ze stałej i zmiennej części temperatury. [1]
Wyznaczanie stałej części temperatury
Stała część temperatury jest wyznaczana według EN 1991-1-5, rozdziału 6.1.3 [1]. W zależności od typu pomostu określane są wartości charakterystyczne dla minimalnej temperatury powietrza zewnętrznego Te,min oraz maksymalnej temperatury powietrza zewnętrznego Te,max. Temperatura montażu T0 jest określona w załączniku krajowym. Jeśli nie ma tam dostępnej informacji, można przyjąć T0 = 10 °C. Charakterystyczną wartość maksymalnej ujemnej zmiany (skrócenia) TN,con należy przyjąć jako
|
T0 |
Temperatura montażu |
|
Te,min |
Wartość charakterystyczna minimalnego stałego udziału temperatury |
|
Te,max |
Wartość charakterystyczna dla maksymalnej stałej składowej temperatury |
|
T0 |
Temperatura montażu |
|
Te,max |
Wartość charakterystyczna maksymalnego stałego udziału temperatury |
|
Te,min |
Wartość charakterystyczna minimalnego stałego udziału temperatury |
Wyznaczanie pionowo zmiennej części temperatury
Wskutek nagrzewania (np. nasłonecznienia w ciągu dnia) i chłodzenia (np. kontaktu z opadami) górnej części pomostu powstaje pionowa różnica temperatur. Może ona wywołać naprężenia w konstrukcji nośnej. Do wyznaczania pionowo zmiennej części temperatury dostępne są dwie metody. Wybór metody stosowanej w danym kraju może być określony w załączniku krajowym [1].
W Niemczech należy stosować metodę 1 [2].
Metoda 1
Metoda 1 jest opisana w EN 1991-1-5, rozdziale 6.1.4.1 [1]. Pionowa różnica temperatur jest tutaj liniowa. W przypadku, gdy górna powierzchnia jest cieplejsza niż dolna powierzchnia, stosowany jest liniowy udział z ∆TM,heat. W przypadku, gdy dolna powierzchnia jest cieplejsza niż górna powierzchnia, stosowany jest liniowy udział z ∆TM,cool. Wartości ∆TM,heat i ∆TM,cool są określone w załączniku krajowym i zależą od typu pomostu oraz grubości warstwy nawierzchni.
Metoda 2
Metoda 2 jest opisana w rozdziale 6.1.4.2 [1] oraz uwzględnia nieliniowe wpływy na pionową część temperatury. Pionowe różnice temperatur są określone w załączniku krajowym i zależą od typu pomostu oraz systemu konstrukcyjnego.
Wyznaczanie poziomej części temperatury
Poziomą część temperatury należy uwzględniać tylko w wyjątkowych przypadkach [1].
Jednoczesne uwzględnianie stałych i zmiennych części temperatury
Jednoczesne wystąpienie stałego i zmiennego obciążenia temperaturą można interpretować jako kombinację obciążeń. Jako kombinację tych dwóch obciążeń temperaturą stosuje się następujące wyrażenie:
lubNależy wybrać wyrażenie mniej korzystne. Wartości liczbowe dla ωN i ωM są określone w załączniku krajowym [1].
W modelu RFEM 6/RSTAB 9 należy utworzyć dla ∆TN,exp, ∆TN,con, ∆TM,heat i ∆TM,cool odpowiednio osobne przypadki obciążenia. W zakładce „Ustawienia dodatkowe” można następnie określić, czy obciążenie temperaturą jest stałą (∆TN) czy zmienną częścią temperatury (∆TM). To ustawienie musi zostać wykonane przez użytkownika ręcznie. Zakładka „Ustawienia dodatkowe” pojawia się dopiero po utworzeniu co najmniej dwóch przypadków obciążenia kategorii oddziaływania „Temperatura (bez pożaru)”.
Z tych 4 przypadków obciążenia generator kombinacji tworzy następnie 8 podkombinacji obciążeń, które następnie są łączone z innymi przypadkami obciążenia w kombinacje obciążeń.
- ∆TM,heat + ωN · ΔTN,exp
- ∆TM,cool + ωN · ΔTN,exp
- ∆TM,heat + ωN · ΔTN,con
- ∆TM,cool + ωN · ΔTN,con
- ωM · ∆TM,heat + ΔTN,exp
- ωM · ∆TM,cool + ΔTN,exp
- ωM · ∆TM,heat + ΔTN,con
- ωM · ∆TM,cool + ΔTN,con
Przykład zastosowania
W przykładzie zastosowania dla wartości określonych w załącznikach krajowych stosowane są wartości zalecane przez Europejski Komitet Normalizacyjny (CEN).
Pomost składa się z płyty żelbetowej (typ 3). Dla charakterystycznych temperatur powietrza zewnętrznego Tmin i Tmax stosowane są wartości z DIN EN 1991-1-5 NA, NDP do 6.1.3.2 (1) [2]. Maksymalne i minimalne stałe części temperatury są obliczane według schematu zalecanego na rysunku 6.1 [1]:
Jako temperaturę montażu stosuje się wartość zalecaną w DIN EN 1991-1-5, rozdziale 6.1.3.3 [1] wynoszącą T0 = 10 °C. Dają to następujące wartości dla stałych części temperatury:
∆TN,con jest maksymalną ujemną zmianą. W związku z tym w modelu należy przyjąć stałe obciążenie temperaturą Tc = –26 °C.
Liniowo zmienna część jest wyznaczana według metody 1. Stosowane są wartości zalecane według EN 1991-1-5, tabeli 6.1 [2] i mnożone przez współczynnik ksur uwzględniający różne grubości warstwy nawierzchni według EN 1991-1-5, tabeli 6.2 [2]. Dla typu pomostu 3 (konstrukcja betonowa – płyta) bez nawierzchni oblicza się zmienną część temperatury dla przypadku obciążenia „górna powierzchnia cieplejsza niż dolna” ∆TM,heat oraz zmienną część temperatury dla przypadku obciążenia „dolna powierzchnia cieplejsza niż górna” ∆TM,cool w następujący sposób:
Te wartości, łącznie ze współczynnikiem grubości warstwy nawierzchni ksur, muszą zostać wyznaczone przez użytkownika, a następnie przyłożone jako liniowe obciążenie temperaturą. Pionowy rozkład temperatury powinien dla przypadku obciążenia TM,cool rosnąć liniowo od góry do dołu. W związku z tym dla tego przypadku obciążenia w modelu należy przyjąć liniowe obciążenie temperaturą ∆T = –8,8 °C.
Zgodnie z zaleceniami CEN według Eurokodu 0 [3] częściowy współczynnik bezpieczeństwa dla obciążeń temperaturą dla mostów drogowych wynosi γQ = 1,5, a współczynnik kombinacji ψ0 = 0,6.
Do jednoczesnego uwzględniania stałych i zmiennych części temperatury stosowane są wartości zalecane ωN = 0,35 i ωM = 0,75 według EN 1991-1-5, rozdziału 6.1.5 [2]. Wartości te zależą od załącznika krajowego wybranego w generatorze obciążenia (rysunek 2).
Dla części temperatury
- ∆TN,con (Tc = –26 °C, ∆T = 0)
- ∆TN,exp (Tc = 27 °C, ∆T = 0)
- ∆TM,heat (Tc = 0, ∆T = 12 °C)
- ∆TM,cool (Tc = 0, ∆T = -8,8 °C)
tworzone są odpowiednio osobne przypadki obciążenia, a w odpowiednich przypadkach obciążenia przykłada się obciążenie powierzchniowe typu „Temperatura” na powierzchnię pomostu. W tym przykładzie zastosowania uwzględniane jest dodatkowo ciężar własny (przypadek obciążenia 1) oraz przykładane obciążenie ruchome (przypadek obciążenia 2).
Przypadki obciążenia ∆TN,con i ∆TN,exp są definiowane zgodnie z rysunkiem 1 jako stała część temperatury TN. Przypadki obciążenia ∆TM,heat i ∆TM,cool są definiowane zgodnie z rysunkiem 1 jako zmienna część temperatury TM.
Jeśli generator kombinacji jest aktywowany, stała i zmienna część temperatury są automatycznie łączone między sobą z innymi przypadkami obciążenia. Przy tym wartości ωN i ωM wchodzą do współczynników wstępnych. Wraz z częściowym współczynnikiem bezpieczeństwa i ewentualnym współczynnikiem kombinacji tworzone są wtedy podkombinacje obciążeń opisane w poprzednim rozdziale.
- (ψ0 + γQ,T) · (ωN · ΔTN,exp + ∆TM,heat)
- (ψ0 + γQ,T) · (ΔTN,exp + ωM · ∆TM,heat)
- (ψ0 + γQ,T) · (ωN · ΔTN,exp + ∆TM,cool)
- (ψ0 + γQ,T) · (ΔTN,exp + ωM · ∆TM,cool)
- (ψ0 + γQ,T) · (ωN · ΔTN,con + ∆TM,heat)
- (ψ0 + γQ,T) · (ΔTN,con + ωM · ∆TM,heat)
- (ψ0 + γQ,T) · (ωN · ΔTN,con + ∆TM,cool)
- (ψ0 + γQ,T) · (ΔTN,con + ωM · ∆TM,cool)
przy ψ0=0,6; γQ,T=1,5; ωN=0,35 i ωM=0,75
Podkombinacje obciążeń są następnie łączone z innymi przypadkami obciążenia w kombinacje obciążeń (rysunek 5).
Jako przykład kombinacja obciążeń 3 na rysunku 5 jest przedstawiona w pełnym rozłożeniu:
Stała różnica temperatur między różnymi elementami konstrukcyjnymi
Niekorzystne naprężenia wskutek różnych stałych części temperatury między różnymi elementami konstrukcyjnymi również muszą być uwzględnione. Na przykład między elementami konstrukcyjnymi w jasnych i ciemnych kolorach mogą wystąpić różne stałe części temperatury. Te naprężenia należy przyłożyć dodatkowo do stałych części temperatury. Wartości dla różnych stałych części temperatury są określone w załączniku krajowym. [1]
Oddziaływanie temperatury na filary mostów
Oddziaływania temperatury na filary mostów należy uwzględniać, jeśli wywołują one siły wymuszone lub ruchy w sąsiednich konstrukcjach nośnych. Dla filarów i ścian należy przyjąć liniowo zmienną różnicę temperatur między zewnętrznymi stronami. Różnice temperatur są określone w załączniku krajowym. [2]