VÝSKUMNÁ ÚLOHA INŠTITUCIONÁLNEHO VÝSKUMU STAVEBNEJ FAKULTY ŽU ŽILINA VÚ 03 / 303 /04 -3

1. VÝSKUMNÁ ÚLOHA INŠTITUCIONÁLNEHO VÝSKUMU STAVEBNEJ FAKULTY ŽU ŽILINAVÚ 03 / 303 /04 -3 SPOĽAHLIVOSŤ OCEĽOVÝCH A SPRIAHNUTÝCH OCEĽOBETÓNOVÝCH MOSTNÝCH KONŠTRUKCIÍ ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc. DOBA RIEŠENIA : 01.01.2004 - 31.12.2004 NÁKLADY NA RIEŠENIE : 30 000,- Sk

2. CHARAKTERISTIKA ÚLOHY • ČIASTKOVÁ ÚLOHA PREVÁDZKOVÁ ZAŤAŽITEĽNOSŤ A SPOĽAHLIVOSŤ OCEĽOVÝCH MOSTOV • ČIASTKOVÁ ÚLOHA VPLYV DEGRADAČNÝCH PROCESOV NA SPOĽAHLIVOSŤ MOSTNÝCH PRVKOV • ČIASTKOVÁ ÚLOHA SPOĽAHLIVOSŤ KOMPOZITNÉHO PRIEREZU NAMÁHANÉHO NEGATÍVNYM OHYBOVÝM MOMENTOM

3. 1. ČIASTKOVÁ ÚLOHA PREVÁDZKOVÁ ZAŤAŽITEĽNOSŤ A SPOĽAHLIVOSŤ OCEĽOVÝCH MOSTOV ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc. SPOLURIŠITELIA : Ing. PETER KOTEŠ Ing. JOZEF GOCÁL, PhD. DOKTORANDI: Ing. FRANTIŠEK KURČÍK

4. CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY • DOKONČENIE NUMERICKÝCH SIMULÁCIÍ PREJAZDOV VLAKOVÝCH SÚPRAV CEZ MODEL MOSTNEJ KONŠTRUKCIE. VYHODNOTENIE SIMULOVANEJ NAPATOSTNEJ ODOZVY ROZHODUJÚCICH PRVKOV HLAVNÉHO PRIEHRADOVÉHO NOSNÍKA. • KALIBRÁCIA PARCIÁLNEHO SÚČINITEĽA SPOĽAHLIVOSTI ZAŤAŽENIA ŽELEZNIČNOU DOPRAVOU PRE MODEL ODOLNOSTI ŤAHANÉHO A TLAČENÉHO PRVKU A ZAŤAŽOVACÍ MODEL PREVÁDZKOVÉHO VLAKU A PODĽA UIC – KODEX 700V. • VYPRACOVANIE JEDNOTNEJ METODIKY HODNOTENIA MOSTOV V PREVÁDZKE PRE POTREBY STANOVENIA PORADIA NALIEHAVOSTI OPRÁV A REKONŠTRUKCIÍ MOSTOV NA DIAĽNICIACH A CESTÁCH I., II. A III. TRIEDY.

5. 2. ČIASTKOVÁ ÚLOHA VPLYV DEGRADAČNÝCH PROCESOV NA SPOĽAHLIVOSŤ MOSTNÝCH PRVKOV ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ : Ing. PETER KOTEŠ SPOLURIŠITELIA : prof. Ing. JOSEF VIČAN, CSc. DOKTORANDI: Ing. FRANTIŠEK KURČÍK

6. CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY • ANALÝZA SPOĽAHLIVOSTI VIACPRVKOVÝCH SYSTÉMOV S VYUŽITÍM NEHOMOGÉNNYCH MARKOVSKÝCH PROCESOV • VYHODNOTENIE VÝSLEDKOV PARAMETRICKEJ ŠTUDIE VPLYVU KORÓZIE KONŠTRUKČNEJ A BETONÁRSKEJ OCELE NA SPOĽAHLIVOSŤ VIACPRVKOVÝCH MOSTNÝCH SYSTÉMOV NAMÁHANÝCH OHYBOM • STANOVENIE ÚROVNE SPOĽAHLIVOSTI PRE POSUDZOVANIE MOSTNÝCH PRVKOV POSTIHNUTÝCH KORÓZIOU

7. 3. ČIASTKOVÁ ÚLOHA SPOĽAHLIVOSŤ KOMPOZITNÉHO PRIEREZU NAMÁHANÉHO NEGATÍVNYM OHYBOVÝM MOMENTOM ZODPOVEDNÝ RIEŠITEĽ: prof. Ing. JÁN BUJŇÁK, CSc. SPOLURIEŠITELIA: Ing. JAROSLAV ODROBIŇÁK DOKTORANDI: Ing. JÁN BUJŇÁK

8. CHARAKTERISTIKA ČIASTKOVEJ ÚLOHY • VYHODNOTENIE VÝSLEDKOV EXPERIMENTÁLNEHO VÝSKUMU SPRÁVANIA SA KOMPOZITNÉHO OCEĽOBETÓNOVÉHO PRIEREZU PRI NAMAHANÍ NEGATÍVNYM OHYBOVÝM MOMENTOM • ANALÝZA ŠÍRKY A ROZVOJA TRHLÍN V BETÓNOVEJ ČASTI PRIEREZU A VPLYVU ŤAHOVÉHO SPEVNENIA BETÓNU NA ZMENU OHYBOVEJ TUHOSTI SPRIAHNUTÉHO TRÁMU • NUMERICKÁ ANALÝZA RIEŠENÉHO PROBLÉMU S VYUŽITÍM PROGRAMOVÉHO SYSTÉMU ANSYS • POROVNANIE VÝSLEDKOV EXPERIMENTÁLNYCH MERANÍ A NUMERICKÝCH ŠTUDIÍ S VÝSLEDKAMI VÝPOČTOV ZÍSKANÝMI ZJEDNODUŠENOU METÓDOU NAVRHNUTOU AUTORMI

9. CHARAKTERISTIKA DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV • 1. ČIASTKOVÁ ÚLOHA • DOKONČENIE KALIBRÁCIE PARCIÁLNEHO SÚČINITEĽA SPOĽAHLIVOSTI PREVÁDZKOVÉHO ZAŤAŽENIA PRE HODNOTENIE ŽELEZNIČNÝCH MOSTOU METÓDOU PREVÁDZKOVEJ ZAŤAŽITEĽNOSTI. • VYPRACOVANIE METODIKY HODNOTENIA EXISTUJÚCICH MOSTOV POZEMNÝCH KOMUNIKÁCIÍ REŠPEKTUJÚCA ZÁKLADNÉ SPOĽAHLI - VOSTNÉ PARAMETRE HODNOTENIA • AKTUÁLNU ZAŤAŽITEĽNOSŤ MOSTA • AKTUÁLNY TECHNICKÝ STAV MOSTA • PRIESTOROVÉ USPORIADANIE NA MOSTE A POD NÍM • ŽIVOTNOSŤ MOSTA PRI ZOHĽADNENÍ DOPRAVNÝCH A STAVEBNÝCH KRITÉRIÍ • INTENZITA DOPRAVY A KATEGÓRIA KOMUNIKÁCIE • DĹŽKA PREMOSTENIA

10. CHARAKTERISTIKA DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV 2. ČIASTKOVÁ ÚLOHA • URČENIE PRIEBEHU ČASOVO PREMENNEJ FUNKCIE PORUCHOVOSTI MOSTNÉHO PRVKU V RÁMCI ŽIVOTNOSTI VIACPRVKOVÉHO MOSTNÉHO SYSTÉMU • UPRESNENIE UROVNE SPOĽAHLIVOSTI PRE HODNOTENIE KORÓZIOU POSTIHNUTÝCH PRVKOV EXISTUJUCICH MOSTNÝCH KONŠTRUKCIÍ ZOHĽADŇUJÚCEJ VPLYV VÝSLEDKOV PREHLIADOK MOSTOV

11. CHARAKTERISTIKA DOSIAHNUTÝCH VÝSLEDKOV 3. ČIASTKOVÁ ÚLOHA • UPRESNENIE ZJEDNODUŠENÉHO POSTUPU VÝPOČTU VNÚTORNÝCH SÍL NA SPOJITÝCH SPRIAHNUTÝCH OCEĽOBETÓNOVÝCH TRÁMOCH, KTORÝ ZOHĽDŇUJE VPLYV TRHLÍN V BETÓNOVEJ DOSKE AKO AJ VPLYV ŤAHOVÉHO SPEVNENIA BETÓNU. • VZNIK PRIEČNYCH TRHLÍN V DOSKE JE VÝRAZNE OVPLYVNENÝ POLOHOU A USPORIADANÍM PRIEČNEJ VÝSTUŽE. NA URĆENIE ŠÍRKY A ROZMIESTNENIA TRHLÍN V ŤAHANEJ BETÓNOVEJ ČASTI SA ODPORÚČA APLIKOVAŤ VÝPOČET ZALOŽENÝ NA MODELI ŤAHANEJ STRUNY. • BOL PREUKÁZANÝ POMERNE VYSOKÝ VPLYV ŠMYKU NA ZVISLÉ DEFORMÁCIE SPRIAHNUTĚHO OCEĽOBETÓNOVÉHO TRÁMU.

12. REALIZÁCIA VÝSLEDKOV V PRAXI • PREZENTÁCIA VÝSLEDKOV V RÁMCI PUBLIKAČNEJ ČINNOSTI RIEŠITEĽOV • VYUŽITIE VÝSLEDKOV PRI NÁVRHU KONCEPCIE POČÍ-TAČOM PODPOROVANÉHO SYSTÉMU HOSPODÁRENIA S MOSTNÝMI OBJEKTMI SSC V RÁMCI PROJEKU: „SYSTÉM HOSPODÁRENIA S MOSTAMI“ „METODIKA STANOVENIA PORADIA NALIEHAVOSTI OPRÁV A REKONŠTRUKCIÍ MOSTOV NA DIAĹNICACH A CESTÁCH I., II. A III. TRIEDY“.

13. METODIKA STANOVENIA PORADIA NALIEHAVOSTI OPRÁV A REKONŠTRUKCIÍ MOSTOV NA DIAĽNICIACH A CESTÁCH I.,II. A III. TRIEDY prof. Ing. JOSEF VIČAN,CSc. Ing. PETER KOTEŠ , Ing. FRANTIŠEK KURČÍK Mgr. DANA SITÁNYIOVÁ doc. Mgr. JIŘÍ SLAVÍK, CSc. Ing. MILAN TABÁK Stavebná fakulta Fakulta riadenia a informatiky Ústav informačných a komunikačných technológií

14. Mosty sú neoddeliteľnou a strategicky významnou súčasťou dopravnej cesty. • Boli a sú považované za merítko nielen technickej ale aj ekonomickej a kultúrnej úrovne národov. • Z hľadiska súčasného vývoja je však potrebné tieto parametre hodnotenia rozšíriť na oblasť kvality hospodárenia s existujúcimi mostami.

16. Hodnotenie mostných objektov • Dva prístupy k hodnoteniu existujúcich mostov : • klasifikačný prístup • Pomocou váhových koeficientov a bodovacích metód ohodnotiť • aktuálny stav mostného objektu - hodnotenie technického stavu • mosta. • spoľahlivostný prístup • Komplexné hodnotenie aktuálneho stavu mosta pomocou • spoľahlivostných kritérií.

17. SPOĽAHLIVOSTNÉ HODNOTENIE MOSTNÝCH OBJEKTOV • Základné parametre: • zaťažiteľnosť rešpektujúce reálny technický stav • mostného objektu • priestorové usporiadanie na moste a pod mostom • vek mosta resp. jeho zvyšková životnosť – Vedľajšie parametre: • kategória cestnej komunikácie • intenzita cestnej premávky, najmä intenzita nákladnej cestnej dopravy • dĺžka obchádzkových trás pri neakceptovateľnej zaťažiteľnosti mosta alebo nedostatočnom priestorovom usporiadaní • dĺžka premostenia, typ nosnej konštrukcie apod.

18. PRVÝ NÁVRH METODIKY HODNOTENIA EXISTUJÚCICH MOSTOV Návrh predpokladal aplikáciu metódy nedostatkových bodov, ktorými sa zohľadnil vplyv: • aktuálnej zaťažiteľnosti mosta (BZ), • šírky priechodného prierezu na moste (BSP), • výšky priechodného prierezu (BVP) na moste (VPh), • výšky priechodného prierezu (BVP) pod mostom (VPd), • zvyškovej životnosti mosta (BZZ) • intenzity cestnej dopravy (PDI), zvlášť pre osobnú dopravu (PDOI) a zvlášť pre nákladnú dopravu (PDNI) • dĺžky obchádzkových trás pri neakceptovateľnej zaťažiteľnosti mosta (Do).

19. Všeobecnú matematickú formuláciu metódy nedostatkových bodov môžeme vyjadriť rovnicou kdeWisúváhové faktory jednotlivých hodnotiacich parametrov, fi(a,b,c,.,n)predstavujú matematickú interpretáciu vplyvu hodnotiacich parametrov, a, b, c,..,n sú jednotlivé hodnotiace parametre.

20. V prípade prvého návrhu na základe zvolených hodnotiacich parametrov sa výsledný počet nedostatkových bodov sa určil z rovnice NB = BZ + BSP + BVP + BZZ pričomNB Є  0,100  Pretože do výpočtu nedostatkových bodov vstupuje niekoľko parametrov, ich jednotlivý vplyv na celkové ohodnotenie mosta musíme zohľadniť váhovými faktormi, pre ktoré platí WZ +WSP + WVP +WZZ = 100, kde WZ je váha vplyvu aktuálnej zaťažiteľnosti mosta na jeho komplexné hodnotenie, WSP je váha vplyvu šírky priechodného prierezu na moste, WVP je váha vplyvu výšky priechodného prierezu na moste a pod mostom, WZZ je váha vplyvu zvyškovej životnosti mosta.

21. Prvý návrh metodiky hodnotenia bol predstavený MDPaT a SSC a bol posúdený odborníkmi: • doc. Ing. Ľubomír Boľha, CSc. - STU Bratislava • Ing. Ján Kucharík, CSc. - VUIS Mosty s.r.o., Bratislava • Ing. Peter Seman, aut. Ing. - IVSC Košice • Ing. Vladimír Kochaník - IVSC Banská Bystrica • Ing. Róbert Gavula - IVSC Žilina Posudky uvedených oponentov boli zhodnotené a relevantné návrhy úpravy metodiky boli zapracované do druhého modifikovaného návrhu metodiky hodnotenia mostných objektov v prevádzke.

22. MODIFIKOVANÝ NÁVRH METODIKY HODNOTENIA EXISTUJÚCICH MOSTOV Návrh rešpektuje zavedenú metódu nedostatkových bodov, ktorá zohľadňuje vplyv: • aktuálnej zaťažiteľnosti mosta (BZ), • šírky priechodného prierezu na moste (BSP), • výšky priechodného prierezu (BVP) na moste (VPh), • výšky priechodného prierezu (BVP) pod mostom (VPd), • veku mostného objektu (BZZ) • technického stavu mostného objektu (BTS) • intenzity cestnej dopravy (PDI), zvlášť pre osobnú dopravu (PDOI) a zvlášť pre nákladnú dopravu (PDNI) • celkovej dĺžky premostenia (DP), • kategórie pozemnej komunikácie

23. Výsledný počet nedostatkových bodov sa opäť určí z rovnice NB = BZ + BSP + BVP + BZZ + BTS pričom NB Є  0,100 Vplyv jednotlivých parametrov zohľadňujeme váhovými faktormi, pre ktoré platí : WZ +WSP + WVP +WZZ +W TS = 100, kde WZ je váha vplyvu aktuálnej zaťažiteľnosti mosta na jeho komplexné hodnotenie, WSP je váha vplyvu šírky priechodného prierezu na moste, WVP je váha vplyvu výšky priechodného prierezu na moste a pod mostom, WZZ je váha vplyvu zvyškovej životnosti mosta. WTS je váha vplyvu aktuálneho technického stavu mosta

24. VPLYV ZAŤAŽITEĽNOSTI Pričom BZ > 0 a Vn,max je maximálna charakteristická hodnota normálnej zaťažiteľnosti mosta v tonách, Vn,max= 50.0 t Vn je aktuálna hodnota normálnej zaťažiteľnosti mostného objektu v tonách, WD je váhový faktor vplyvu intenzity cestnej dopravy na moste, WP je váhový faktor vplyvu dĺžky premostenia n1 je exponent zohľadňujúci kategóriu pozemnej komunikácie.

25. WD + Wp = 1,0 KD je koeficient zohľadňujúci vplyv intenzity dopravy a stanoví sa zo vzťahu PDI je priemerná denná intenzita cestnej dopravy na vyšetrovanom moste (automobilov/deň), PDNI je priemerná denná intenzita nákladnej cestnej dopravy na vyšetrovanom moste, max DI je maximálna denná intenzita cestnej dopravy v rámci hodnotenej cesty, regiónu, republiky atď., n1, n2 sú súčinitele zdôrazňujúce respekt. korigujúce vplyv osobnej respekt. nákladnej dopravy, pričom 0 < n1 < 1,0 a 0< n2 < 1,0

26. KP je koeficient zohľadňujúci vplyv dĺžky premostenia DP je dĺžka premostenia, max DP je najväčšia dĺžka premostenia v rámci hodnotenej cesty, regiónu, republiky apod.

27. VPLYV PRIESTOROVÉHO USPORIADANIA Vplyv šírkového usporiadania na moste môžeme matematicky vyjadriť vzťahom pričom BSP > 0 a NSP je normová šírka priechodného prierezu, SP je aktuálna šírka priechodného prierezu na moste. NSP = 11,5 m pre cesty I. triedy, NSP = 9,50 m pre cesty II. triedy, NSP = 7,50 m pre cesty III. triedy

28. Vplyv výšky priechodného prierezu sa môže matematicky interpretovať nasledovnou formulou pričom BVP > 0 a VPh je vplyv výšky priechodného prierezu na moste, VPd je vplyv výšky priechodného prierezu pod mostom,

29. Vplyv výšky priechodného prierezu na moste sa vyjadrí vzťahom pričom VPh > 0 a NVPH je normová hodnota výšky priechodného prierezu na moste, VPH je aktuálna hodnota tohto parametra na moste. NVPH = 4,80 pre cesty I. a II. triedy, NVPH = 4,50 pte cesty III. triedy, NVPH = 4,20 pre miestne a účelové komunikácie.

30. Vplyv výšky priechodného prierezu pod mostom môžeme napísať vzťah v tvare pričom VPd > 0 a VPD je aktuálna výška priechodného prierezu pod mostom. NVPD = 6,00 m pre dráhovú komunikáciu, NVPD = 4,80 m pre cestu I. a II. triedy, NVPD = 4,50 m pre cesty III. triedy, NVPD = 4,20 pre miestne a účelové komunikácie, NVPD = 0,50 pre vodoteče,

31. VPLYV VEKU MOSTA Pričom BZZ > 0 a TD je návrhová doba životnosti mosta v rokoch, ktorá sa odporúča uvažovať v hodnote TD = 100 rokov, RV je rok výstavby alebo rekonštrukcie mosta, RH je rok hodnotenia mostného objektu.

32. VPLYV TECHNICKÉHO STAVU MOSTA pričom BTS 0 a TS je hodnotenie aktuálneho technického stavu mostného objektu.

33. Parametrická štúdia Cesty I., II., III. triedy Váhové parametre sledovaných vplyvov: vplyv zaťažiteľnosti : WZ = 30 - 50 vplyv šírky priechodného prierezu : WSP = 10 - 20 vplyv výšky priechodného priestoru : WVP = 10 - 20 vplyv veku mosta : WZZ = 5 - 10 vplyv technického stavu: WTS = 45 - 25 vplyv intenzity dopravy : WD = 0.6 – 0.8 vplyv dĺžky premostenia : WP = 0.2 – 0.4 vplyv kategórie komunikácie : n1 = 0.3 – 0.5 vplyv druhu dopravy : n2 = n3 = 1.0

39. ĎAKUJEM ZA POZORNOSŤ