Przepusty o przekroju eliptycznym

Przekroje poprzeczne przepustów z blachy falistej przyjmuj nierzadko ksztat elipsy w celu zapewnienia wymaganej wysokoci (elipsy pionowe) lub rozpitoci (elipsy poziome). Dobrym przykadem zastosowania ksztatu eliptycznego przy budowie podatnego przepustu o duej rozpitoci jest konstrukcja w pobliu miejscowoci Dovre w Norwegii opisana szczegóowo w punkcie 2.3.5. niniejszej rozprawy.

Aby rozpozna zachowanie si podatnych przepustów o przekroju eliptycznym obcionych gruntem oraz obcieniem zewntrznym wykonano sze modeli numerycznych. Przekroje elips pokazano na rysunku 4.35. Wszystkie elipsy maja jednakow rozpito równ 1.0 m i róni si od siebie wysokoci. Przekrój nr 5 pokazany na rysunku 4.35 stanowi kombinacje elipsy nr 1 oraz elipsy nr 4 wykonan w ten sposób, e górna cze elipsy wykonana jest z poowy elipsy pionowej natomiast dolna cze z elipsy poziomej. Utworzony w ten sposób przekrój zachowuje zaoon rozpito 1.0 m i jednoczenie jest o 10 % wyszy od przekroju rurowego (nr 2).

W elipsie nr 5’ zastosowano dodatkowo 30 cm zakadk przy poczeniu dwóch poówek elips. Poczenie dwóch poówek elips wykonano w ten sposób, e na odcinku zakadu zwikszono moment bezwadnoci i pole przekroju cianki przepustu.

We wszystkich schematach zastosowano te same obcienia, parametry gruntu i stali. Wybrano najbardziej niekorzystne warunki tj.: przyjto minimalny naziom nad przepustem okrelony przez producenta dla tego rodzaju przepustu (0.35 m) oraz maksymaln rozpito równ 1.0 m. Przyjto parametry przepustu typu HEL-COR o wymiarach blachy falistej 68 x 13 mm i gruboci cianki t = 2.3 mm. Obliczenia przeprowadzono dla zastpczego obcienia normowego o wartoci 52.0 kN/m² zgodnie z norm PN-85/S-10030. Do opisania gruntu uyto parametrów odpowiadajcym parametrom pospóki. W obliczeniach uwzgldniono ciar wasny gruntu oraz przepustu. Schemat statyczny ukadu pokazano na rysunku 4.36.

Rys. 4.36. Schemat statyczny ukadu wraz z obcieniem.

Wnioski z oblicze numerycznych przepustów eliptycznych:

– Najwiksze sumaryczne naprenia normalne w ciance przepustu o wartoci 162.8 MPa odnotowano w elipsie poziomej (przekrój nr 1).

– We wszystkich przekrojach dominuj naprenia ciskajce.

– Najwiksze naprenia ciskajce odnotowano w elipsie poziomej (przekrój nr 1), natomiast najwiksze naprenie zginajce wystpio w elipsie o przekroju nr 5, na poczeniu dwóch poówek elips.

– Maksymalne naprenie ciskajce w gruncie zanotowano w przepucie o przekroju nr 1 i wynosio 136.34 kPa.

– Przemieszczenia kluczy przepustów zmieniaj si w granicach ok. 2 mm. W tabeli 4.4 zestawiono dokadne przemieszczenia kluczy dla wszystkich przekrojów.

Zaprezentowane porównanie dowodzi susznoci tezy, e rozkad si wewntrznych w powoce przepustu zaleny jest od jego ksztatu oraz lokalnych zmian sztywnoci powoki.

Tabela 4.4. Zestawienie przemieszcze kluczy przepustów dla wszystkich przekrojów.

Numer przekroju 1 2 3 4 5 5’

Jednostki mm mm mm mm mm mm

Przemieszczenia klucza 2.3 2.1 2.0 1.9 1.9 1.9

Wprowadzenie 30 cm zakadki z blachy, która zwiksza zarówno wska nik na zginanie jak i powierzchni przekroju cianki przepustu w obszarze poczenia elips spowodowao lokalne zmniejszenie napre ciskajcych, a take zmniejszenie napre zginajcych w ciance przepustu w miejscu poczenia poówek elips. Rozkady napre dla obu przekrojów pokazano na rysunkach 4.58 i 4.62.

Wprowadzenie zakadki wpyno korzystnie równie na rozkad napre w gruncie wokó przepustu. W przypadku przepustu bez zakadki (przekrój nr 5) naprenia w gruncie koncentruj si w miejscu poczenia dwóch elips. Po wprowadzeniu usztywnienia, miejsce wystpienia maksymalnych napre w gruncie zostao przesunite w dó, a rozkad napre ma charakter bardziej równomierny. Porównanie wypadkowych rozkadów napre w pachwinie przepustu dla obu przekrojów pokazano na rysunku 4.37.

Proponowane rozwizanie jest proste do wykonania oraz wpywa korzystnie nie tylko na rozkad si wewntrznych w ciance przepustu, ale równie na rozkad napre w gruncie w miejscu ich koncentracji.

Rys. 4.37. Wypadkowe naprenia w gruncie w pachwinie przepustu o przekroju nr 5 i 5’ [Pa].

Dodatkowo naley wspomnie o praktycznych korzyciach wynikajcych z zaproponowanego uksztatowania elipsy o przekroju nr 5 i 5’:

– Zwikszona zostaa uytkowa wysoko przepustu o 10 % w porównaniu z przekrojem rurowym o tej samej rozpitoci.

– Zwikszone zostao pole powierzchni przekroju poprzecznego przepustu (wiato przepustu), a szczególnie dolna jego cz. Takie uksztatowanie przekroju korzystnie wpywa na jego waciwoci hydrauliczne. Dla przykadu przy poziomie wody +0.40 m od dna, pole przekroju poprzecznego elipsy nr 5 zwikszyo si o 7.2 % w porównaniu z polem przekroju rury o tej samej rozpitoci. Porównanie powierzchni przekrojów pokazano na rysunku 4.38. Podsumowujc, to proste rozwizanie poczenia elipsy poziomej (nr 1) z elips pionow (nr 4) poprzez wprowadzenie zakadki usztywniajcej korzystnie wpywa na rozkad si wewntrznych w ciankach przepustu oraz napre w gruncie wokó niego a take jest rozwizaniem posiadajcym walory uytkowe.

Rys. 4.38. Porównanie pól powierzchni przekroju przepustu rurowego nr 2 oraz przekroju nr 5 i 5’.

Poniej przedstawiono wyniki jakie uzyskano dla przekroju rodkowego modelu. Na rysunkach od 4.39 do 4.62 pokazano rozkady napre w gruncie w kierunku X (poziomym) i Y (pionowym), przemieszczenia globalne oraz rozkady napre zginajcych i osiowych w ciankach wszystkich przepustów.

Rys. 4.39. Naprenia poziome w gruncie dla przekroju nr 1 [Pa].

Rys. 4.40. Naprenia pionowe w gruncie dla przekroju nr 1 [Pa].

Rys. 4.41. Przemieszczenia caego ukadu grunt - przepust dla przekroju nr 1 [m].

Rys. 4.43. Naprenia poziome w gruncie dla przekroju nr 2 [Pa].

Rys. 4.44. Naprenia pionowe w gruncie dla przekroju nr 2 [Pa].

Rys. 4.45. Przemieszczenia caego ukadu grunt - przepust dla przekroju nr 2 [m].

Rys. 4.47. Naprenia poziome w gruncie dla przekroju nr 3 [Pa].

Rys. 4.48. Naprenia pionowe w gruncie dla przekroju nr 3 [Pa].

Rys. 4.49. Przemieszczenia caego ukadu grunt - przepust dla przekroju nr 3 [m].

Rys. 4.51. Naprenia poziome w gruncie dla przekroju nr 4 [Pa].

Rys. 4.52. Naprenia pionowe w gruncie dla przekroju nr 4 [Pa].

Rys. 4.53. Przemieszczenia caego ukadu grunt - przepust dla przekroju nr 4 [m].

Rys. 4.55. Naprenia poziome w gruncie dla przekroju nr 5 [Pa].

Rys. 4.56. Naprenia pionowe w gruncie dla przekroju nr 5 [Pa].

Rys. 4.57. Przemieszczenia caego ukadu grunt - przepust dla przekroju nr 5 [m].

Rys. 4.59. Naprenia poziome w gruncie dla przekroju nr 5’ [Pa].

Rys. 4.60. Naprenia pionowe w gruncie dla przekroju nr 5’ [Pa].

Rys. 4.61. Przemieszczenia caego ukadu grunt - przepust dla przekroju nr 5’ [m].